一種低壓DC-DC升壓電路的實現

針對某些特殊場合下需要的低壓直流輸入、高壓直流輸出供電設備， 提出了一種採用雙端推挽變化原理實現的低壓DC-DC 升壓變換的電路， 並給出了具體的方案和電路設計。對具體電路元器件的選型， 電路參數的計算， 電路的可靠性分析及對其性能指標都進行了優化設計。最後結合當今國際低壓DC-DC 變換技術現狀， 對未來電源技術的做出了一些探討。

　　0 引言

　　隨著電力電子技術的飛速發展， 開關電源技術也同步得到提高， 現在它已經基本取代線性穩壓電源， 成為目前最為廣泛使用的直流穩壓電源， 這主要是由它的優越性能所決定的。開關穩壓電源主要包括AC-DC 和DC-DC 兩部分。

　　本文主要研究低壓DC-DC 升壓變換電路， 雖然沒有低壓大電流的DC-DC 變換器應用那麼廣泛， 但由於市場上成熟的DC-DC 電源模塊產品幾乎沒有涉足48V以上輸出電壓領域， 在某些特殊的應用場合， 要求低壓直流輸入、高壓直流輸出（大於48V 電源模塊輸出電壓調節的上限值）， 如只有電池供電或直流電機供電的車載設備以及部分短波、中長波發射機系統的功放用電等， 還是有其發揮作用的空間。

　　1 低壓DC-DC 升壓電路

　　本文介紹的低壓DC-DC 升壓電路是某小型化電源產品的局部電路， 由於該電路要求特殊， 沒有可以借鑑的經驗和數據， 為此查閱了相關的技術資料並進行了大量的電路試驗。

　　1.1 主要技術指標與工作原理

　　（1） 主要技術指標見表1。

表1 主要技術指標

　　（2） 工作原理。本電源採用的雙端推挽電路， 是兩個單端正激型的合併， 其變壓器工作在第Ⅰ、Ⅲ象限，提高了磁芯的利用率， 其原理框圖如圖1 所示。

　　雙端推挽DC-DC 變換器的基本電路結構及其工作波形如圖2 所示。開關管VT1、VT2 在PWM 控制器的控制下交替導通， 將變壓器的初級電壓和電流傳遞到次級， 經整流濾波後輸出直流電壓， 調節VT1、VT2 的導通/截止時間， 可改變輸出電壓。雙端推挽DC-DC 變換器的輸出電壓可表示為：

　　U0=DUiNs/Np

　　式中： U0─輸出電壓（V）； Ui─ 輸入電壓（V）； D─整流管的佔空比； Np─變壓器初級匝數（匝）； Ns─變壓器次級匝數（匝）。

1.2 電路參數設計

　　（1） 主要元器件的選用。該DC-DC 變換器的主要元器件是脈寬調製PWM 晶片、變壓器、輸出濾波電感、開關管和整流管。根據本電路的特點和電源的輸出要求， PWM 晶片選用的UC2825A, 變壓器選用的EE55 磁芯， 輸出濾波電感選用的4H399 磁環， 開關管選用的IXFN180N20, 整流管選用的DSEI2×61-12B。

　　（2） 電路參數的計算。UC2825A 是電壓/電流型PWM 控制器， 輸出峰值電流為2A, 開關頻率可達1MHz, 誤差放大器的單位增益帶寬為12MHz, 具有逐個脈衝電流限制、軟啟動和最大佔空比可設置等特點，可用於雙端推挽DC-DC 變換器。其外圍參數的合理選取和設計， 是保證本電路實現的關鍵。

　　開關頻率高， 元器件的開關損耗大， 影響效率； 開關頻率低， 不利於小型化。經過計算和試驗， 開關頻率定為25kHz, UC2825A 的頻率設置用定時元件電阻和電容分別由下式確定：

　　Rt=3V/10（1-Dmax）；Ct=1.6Dmax/Rtf

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