张飞实战电子官方½站：www.zhangfeidz.com
☜点击打开
（广告勿扰
100%拒绝水贴，10
名疯狂工程师运营的½站，有问必答）
小型机½½计算机电源的设计与研究
摘要：根据机½½计算机电源的特点，简单介绍了回扫式变换的原理，并结合典型的回扫式控制器
LM2588，介绍了一种高效、可靠、对空间敏感小型机½½计算机供电电源的设计。此外，对关键部件——
高频脉冲变压器的设计和相关理论进行了一定的分析和探讨。
关键词：机½½计算机 回扫式 高频脉冲变压器
LM2588
小½积、½重量、高可靠性、高效率是航空电源始终½求的目标。随着微电子技术发展，采用大规模和超大规
模集成电路的机½½计算机主机已越来越小型化，这就对其电源部件的½积和重量提出了进一步小型化的要求。机½½
计算机是一种抗恶劣环境的计算机，其电源部分也必须满足抗恶劣环境的要求，例如必须适应-55℃½+125℃的环境
温度和较膏药范围的输入电压；同时还要耐振动、耐撞击、抗电磁干扰等。
1 某机½½计算机电源的技术要求
某机½½计算机对电源部件的技术要求见表 1。
表 1 某机½½计算机电源技术要求
输入直流电压
输出直流电压
电压种类
输出电流
稳压精度
纹波电压
Vp-p
工½温度
外型尺寸
重量
具有短路、过流、过压等保护；满足其它机½½条件。
362mm×160mm×15mm
+5V
4A
≤±1%
50mV
27V（24V½32V）
多路输出
12V
0.2A
≤±2%
120mV
-55℃½+125℃
-32.5
0.05A
≤±2%
300mV
≤0.5kg
2 回½式变换原理
张飞实战电子官方½站：www.zhangfeidz.com
☜点击打开
（广告勿扰
100%拒绝水贴，10
名疯狂工程师运营的½站，有问必答）
根据该电源部件输出电压种类多、给定的外型尺寸小、输入电压变化范围大、工½温度范围½等特点，必须设
计小型、高效、可靠的供电电源。为此，选择回扫式变换电路（又称 flyback、ON-OFF 型）进行设计，图 1 为其典
型电路结构。此电路简洁可靠，主开关元件和变压器利用率很高，由于采用了峰值电感电流检测技术，可以灵敏地
限制最大输出电流，因此高频脉冲变压器不必设计较大的½量，特别适用于几百瓦以下功率的电源系统中。
其基本工½原理为：½开关管 Q1 导通时（TON），电流流过变压器 T1 的初级线圈 N1，变压器将½量以磁场
的½式存储起来，由于初、次级圈相½不同，所以½电流流过初级线圈时，次级线圈 N2 中没有电流流过。½ Q1 截
止时（TOFF），消失 的磁场½初、次级线圈中电压极性反½，整流二极管 VD 导通，电流通过 VD 流向负½½，变压器
的½量释放，提供负½½电压、电流。控制器占空比为：
其中，VF 为二极管正向压降；VSAT 为 Q1 饱和电压降；Vo 为输出电压；VIN 为输入电压。
电流临界连续时，初级绕组电感量为：
其中，fOSC 为开关频率；Pomin 为½负½½时输出功率；η为½换效率；VINmin 为最小输入电压；Dmax 为最大占
张飞实战电子官方½站：www.zhangfeidz.com
☜点击打开
（广告勿扰
100%拒绝水贴，10
名疯狂工程师运营的½站，有问必答）
空比。
3 设计方案
3.1 回扫式控制器选择
National Semiconductor 公司最新推出的 LM2588 系列控制器旨在实现一种½够满足多路供电电压输出而无需
进行复杂设计的高集成度电源的解决方案。系统设计者½用它½很快地开发出小型、½成本、多路供电的电源系统。
LM2588 采用 7 脚 TO-220 封装，主要包括 100kHz 振荡器、2.9V 稳压电路、误差放大器、5A/65V 的 NPN 开关
管以及过流、过热、½电压锁定，还包括½启动、逻辑关断、逻辑控制等，内部结构如图 2 所示。
3.2 高频脉冲变压器设计
设计的某机½½计算机 DC/DC 开关电源如图 3 所示。
张飞实战电子官方½站：www.zhangfeidz.com
☜点击打开
（广告勿扰
100%拒绝水贴，10
名疯狂工程师运营的½站，有问必答）
U1 为控制器 LM2588-5.0。脉冲变压器 T1 共有五个绕组：N1 为初级绕组，N2、N3、N4、N5 为次级绕组，分
别对应输出+12V@0.1A、-12V@0.2A、-32.5V@0.05A 以及+5V@4A，且 N2、N3 圈数相同。
由于回扫式控制器具有连续型和不连续型控制的特点，所以设法½其稳定就显得很重要。高频脉冲变压器的设
计是整个回扫式控制电路的关键，
电源的性½和优劣在很大程度上取决于变压器的设计。
这里选择 TOKIN 公司 FEER28L
磁芯，
磁芯的有效截面积为 84.7mm2，
有效磁路长度为 78.3mm。 铁氧½ B25 材料，
½
常温时最大磁感应强度 Bm=5100Gs。
3.2.1 确定变压器匝比α
α=N2/N1=[（1-Dmax）/Dmax]·[(Vo1+VF)/Vinmin]
(3)
由 Vinmin=24V、Vo1=5V、Dmax=0.46 得出α≈0.3。
3.2.2 初级绕组电感量
最大输出功率为：
张飞实战电子官方½站：www.zhangfeidz.com
☜点击打开
（广告勿扰
100%拒绝水贴，10
名疯狂工程师运营的½站，有问必答）
Po=(Vo1+VF)·Io1+(Vo2+VF)·Io2+(Vo3+VF)·Io3+(Vo4+VF)·Io4
=26.15(W)
(4)
假设效率η按照 85%计算，则输入功率为：
P1=Po/η=34.8(W)
(5)
设 PWM 控制最大占空比 Dmax=42%,如果初级绕组的电感量设计得大，则流过功率开关管和输出滤波电容的电流
峰值小，½由于电流上升斜率小，电路抗干扰½力差且功率开关管开通电流大；电感量小时，电流脉动大，冲击电
流大。因此设计电感电流工½在连续工½状态，½负½½时取额定功率的一半，由（2）式可知：
初级绕组的峰值电流为：
Ip=(2·Po)/ [η·(VI·D)]=(2×26.15)/(0.85×27×0.46)=4.95(A)<5(A)
(5)
3.2.3
初、次级绕组匝数
初级绕组的电感的储½为：
其中，Bs 为磁感应度，Sc 为脉冲变压器产芯有效截面积；Bs=10 4GS,Sc=0.847 平方厘米。则由（6）式可知：
PCB设计
京公网安备 11010802033920号
Copyright © 2005-2022 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
评论