作者:冀勇,唐湘成,吳盡昭,劉怡
1 引言
AC/DC、DC/DC轉換器負責系統電能轉換和傳送,其在系統中的角色相當于人體心臟,一旦出現問題,系統就會停止工作。通訊產品電源需要高可靠性。小型、輕量和高效率的電源應用于以電子計算機為主導的各種終端設備、通信設備中,是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源供電方式。
2 LM5642器件簡介
圖1為LM5642器件引腳配置,LM5642開關控制器有兩種操作模式可供選擇,除可提供兩個電壓輸出外,也可利用雙相位模式提供負載電流比雙輸出大1倍的單電壓輸出;該器件能以200 kHz的頻率工作,其內含的兩個控制器可在180°反相時繼續工作;對于需利用該器件執行單輸出穩壓功能的高電流應用方案,此180°反相工作的功能可大幅減少輸入濾波電容。LM5642的振蕩器頻率可在150~250 kHz內調節升壓或降壓,以確保可與系統同步操作,從而減少開關頻率所造成的干擾。該器件內置的電流模式控制環路可在輸入電壓Vin為4.5~36 V寬范圍變動,每一通道輸出都可調整范圍從1.3 V~90%Vin變動,其轉換速度極高,效率更高達95%,適于為系統提供高電流、低電壓電源的應用方案。
3 基于LM5642的雙路輸出大電流應用
圖2為LM5642雙輸出電路原理圖,其輸入為15 V,輸出分別為+5 V/7 A和3.3 V/7 A,以圖2的通道1為例介紹該設計設計中所考慮的關鍵參數和外圍器件選型。
3.1 門限電流確定
LM5642有兩路電流門限設置引腳:引腳ILIM1和ILIM2(圖2)。以引腳ILIM1為例,其器件內置恒定0. 99μA電流,并通過外部連接到Vin輸入電阻R7轉變為電壓,該電壓將和尺9的電壓比較。R9與輸入相連,是電流的主要通路,電流經R9進入功率場效應管。此處R8選擇較小為100 Ω,忽略其分壓。通過比較R7和R9的電壓大小來確定電流是否合適,如果R7兩端電壓大于R9電壓,器件正常工作,反之內部過流保護將關斷。設計中通過比較電壓合理設置R7的參數,而R9選取低阻值,一般為10 mΩ。
3.2 輸出端電阻選擇
根據實際輸出電壓要求,由式(1)、(2)計算相關電阻值,在圖2中兩路輸出電阻分別為R13、R14、R23、R24。
考慮到輸出電壓的準確度,式(2)用來先確定R14的最大阻值,考慮輸出電壓具有3%的偏差,此處Vfb=1.238 V,最大流入反饋引腳FB1的電流為200 nA。
3.3 輸出電感選擇
電感由輸出紋波電壓確定,由式(3)計算電感值Lmin。
式中,f為器件的開關頻率200 Hz,Vin為輸入電壓,Vo為輸出電壓,Vr為紋波電壓,在電源設計中擬定為60 mV,Rc近似為輸出電容等效阻抗,一般取20 mΩ。實際中還要考慮到紋波電流過高,在選取電感值時還要以紋波電流為依據。
此外還要考慮到輸出電容的等效阻抗對輸出紋波的影響,功率場效應管的選擇和其功耗問題。在設計中,為減小紋波采用高電壓大容量電容。同時兼顧選取低等效阻抗電容。電源設計中所用關鍵器件都采用工業級產品或軍工產品,以保證電源的高效性。
因此功率場效應管的等效阻抗完全符合標準,二極管選擇轉換速度快的肖特基管,以適應LM5642開關頻率200 Hz的快速轉換速率。
4 基于LM5642的多路輸出設計
開關電源的控制器種類非常多,主要有電流和電壓兩大類型。電壓控制型只對輸出電壓采樣,作為反饋信號閉環控制,采用PWM技術調節輸出電壓。從控制理論的角度看,這是一種單環控制系統;電流控制型是在電壓控制型的基礎上,增加一個電流負反饋環節,使其成為雙環控制系統,從而提高電源性能。基于LM5642的諸多優點,充分利用該器件的單、雙輸出通道特性.與其他DC/DC轉換器設計出多路輸出電壓為系統供電。電源輸入來自車載蓄電池的電壓28 V,可作為光通信系統電源,具體設計框圖如圖3所示。
電路板設計依據圖3要求,器件采用國產的LM5642,LM2596,LM2679。其中用到兩片LM5642,分別為U8和U6,分別輸出15 V、+5 V/7 A和3.3 V/7 A;兩片LM2679分別為U4和U5,分別輸出+5 V/3.5 A和VDD。其中VDD為LM5642的VDD引腳供電;3片LM2596分別為U1、U2和U3,分別輸出兩個-5 V/1 A和+5V/3 A。
5 PCB布局
PCB板的物理設計是開關電源設計最后一個環節,如果設計方法不當,PCB可能會輻射過多的電磁干擾(EMI)。結合LM5642的特點,與其他多種器件 (如LM2679)設計多輸出電壓源,PCB采用4層板布線,頂層和底層都放置元件,中間層分別為地層和大電流走線層,其中第2層為走線層,第3層為地層以保證高可靠性。對于+5 V/7 A和3.3 V/7 A大電流輸出,布線主要是在第2層完成,線寬為200 mil。考慮到電磁干擾。適當加寬走線間距,輸入輸出采用鉭電容和陶瓷電容相結合濾波(板子線寬按照1.5盎司厚度設計)。
6 結束語
由于電源設計是為系統提供電源,因此要全面考慮整個系統,電源板提供多路輸出到各子板,規劃布局時使各路輸出都以地線為間隔。由于子板中有數字地的區分,為減小干擾.在各子板中同樣采用DC/DC變換轉接以降低數字與模擬信號干擾。考慮到系統性能,可采用輸入與輸出地隔離技術;而考慮到子板間傳遞高速信號,因此在電源板設計中并沒有采用輸入與輸出隔離地,同樣可使系統穩定,因此以統一地作為參考面。
責任編輯:gt
-
電源
+關注
關注
184文章
17705瀏覽量
249970 -
控制器
+關注
關注
112文章
16335瀏覽量
177818 -
計算
+關注
關注
2文章
449瀏覽量
38788
發布評論請先 登錄
相關推薦
評論