一种基于LM3485芯片的双路非隔离DC／DC变换器的设计

一种基于LM3485芯片的双路非隔离DC／DC变换器的设计 一种基于LM3485芯片的双路非隔离DC, DC变换器的设计 第l0卷第6期 2008年6月黪霪缔瘗V01.1ONo.6 Jun.2008 一 种基于tM3485芯片的双路非隔离 DC/DC变换器的设计 李彩侠,王毅 (中国电子科技集团公司第四十三研究所,安徽合肥230022) 摘要:介绍了一种基于LM3485芯片的双路非隔离DC/DC~器的工作原理及设计 MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1714103965199_2.重 点阐述了双路非隔离型DC/DC变换器在研制过程中的技术难点和其解决办法. 关键词:非隔离型;双路;DC/DC变换器;低电压;厚膜工艺 0引言 随着现代电力电子技术的不断发展,开关电 源的种类也越来越多.按照是否采用变压器进行 功率传递的分类方法,可将DC/DC变换器分为隔 离型DC,DC变换器和非隔离型DC/DC变换器两大 类.其中隔离型DC/DC变换器由于采用了变压器 和光耦等隔离器件,其产品的体积较大;同时因 为变压器在传输过程中存在损耗.其效率也较 低:而非隔离型DC/DC变换器因不受隔离器件的 限制,所以在产品体积和效率上都有较大优势. 也就是说,在系统设计中,在未对DC/DC变换器 有隔离要求的场合,选用非隔离DC/DC变换器对 整个系统的设计更有优势. 1设计要求 本设计的所要求的DC/DC变换器的性能指标 如下: ?输入电压范围:l8—32V ?输出电流(双路):?O.5A ?输出纹波电压(双路):?2OmV(常温) ?输出电压:5V,3.3V ?电压调整度(双路):?50mV(常温) ?电流调整度(双路):?5OmV(常温) ?效率:?8O%f常温) ?具有保护功能 收稿日期:20o8一o3一l8 ?输出功率:?4.15W ?外形尺寸:?27.87x27.87x10.5mm ?工作温度范围:一55cI二一+85cI二 2设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 由于该电路是非隔离型的电压转换模块,要 求输出电压低,体积小,效率高,故此,在电路 的拓扑结构上,笔者选用了降压式的电路拓扑, 也就是用BUCK电路进行设计.经对比,最后采 用了专用型的BUCK电路控制芯片LM3485,该芯 片具有集成度高,体积小,工作效率高的特点, 经试验,完全可以满足要求.因此,本设计决定 采用BUCK专用芯片LM3485进行电路设计.该电 路的结构框图如图l所示. ?-????????????????????????????????? ??????????????????????????? 图1BUCK专用控制模块电路框图 该电路工作时,先由LM3485控制芯片(图中 虚线标注的为控制芯片的内部电路图)来控制开 关调整管的通断,以对输入电压进行斩波;然后 由输出LC滤波器对脉冲信号进行平滑滤波,以达 到输出直流电压的目的:反馈回路可用于检测输 出电压,并与参考电压进行比较,用通过迟滞比 .eeda.en2008.6电子充器件焘甩31 第10卷第6期 2008年6月 电手元器件主用 ElectronicComponent&DeviceApplications Vol_10No.6 Jun.20o8 较器来产生占空比可调的PWM信号,最后经过驱 动电路来控制开关调整管的通断时问,从而达到 稳定输出电压的目的. 3工艺设计 该DC/DC转换器产品属于厚膜微电路模块, 电路采用SMD表面组装,金属气密封装技术制作 而成.其厚膜成膜工艺流程如下: 1基片处理一2掩模制版一3金导体印制—烘 干烧成一5介质印制一6烘干烧成一7PdAg导体印 制一8烘干烧成—电阻印制一10烘干烧成一l1玻 璃印制一l2烘干烧成一l3金属化印制一l4烘干烧 成一15激光调阻一16成膜专检. 组装工艺流程如下: l元器件的筛选一2基片再流焊在管壳上一元 器件的焊接一电感的焊接一焊接后检验一清洗一 功能调试一电感的固定一性能测试一封口前检 验一封口一检漏一印标记一产品测试. 4关键技术及解决方法 4.1整体电路设计 根据该产品双路低电压输出(5V,3-3V1, 以及效率高(80%1,体积小等指标要求,本电路 的整体设计选择了BUCK电路来进行电路设计. 电路采用PMOS管作为主开关器件,核心控制电 路采用NS公司生产的高性能BUCK控制芯片 LM3485.该芯片输入电压范围宽,工作效率高, 且具有保护功能,可以简化电路的保护设计. 4-2关键器件的选择 f11PM0S管的选择 在该产品的设计中,PMOS管是一个重要 的元件,它直接影响着产品的效率和体积. PMOS管的选取 原则 组织架构调整原则组织架构设计原则组织架构设置原则财政预算编制原则问卷调查设计原则 是导通电阻)小,源漏 之间的耐压要大于输入电压的最大值.而且栅极 电容要小.另外,根据该BUCK控制芯片的要 求.PMOS的上升和下降时问应远远小于100ns. 典型的上升和下降值应为10ns和20ns.而栅极 的电容应该低于2000pF,这将使PMOS管的驱动 电流减小,但对效率和功耗都有很大的改善. f21电感的计算 32电子元嚣件主用2008.6WWW.ecda.cn 在BUCK电路中.当控制信号使开关管开通 时.电容开始充电.在电容充电的过程中,电感 内的电流逐渐增加,储存的磁场能量也逐渐增 加;反之,当开关管截止时,电感中的电流减 小.电感两端产生的感应电势使续流二极管导 通,电感中储存的磁场能量将通过续流二极管传 递给负载.因此,在整个BUCK电路中电感起到 续流和滤波的作用,电感的感量可通过以下 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 获得: L=V.2(1一vyv,) 式中,.为输出电压,是工作频率,是 输出电流,为输入电压,同时,电感在作为滤 波器件时,其电感值不能太小,因为过小的电感 值会使电感内的电流脉动急剧增大,从而流过开 关管的最大电流增加,使其工作状态恶化.最 终,本设计通过理论计算和试验,才确定了电感 的圈数. 4-3元器件的分布 该产品为两路输出,每一路的纹波要求小于 20mV,因此,除了在电源的每路输出端加入LC 滤波外,还要消除两路之间的地线干扰.为此, 设计时可采用以下解决措施: (11输入端电容的接地端和续流二极管的正 极的连接线应尽量的短,因为这条通路上存在着 一 定的交流电流.同时,对于电源内部的开关器 件,如功率VMOS管,整流管等,应尽可能地减 少其脉动大电流电路的环路面积,且不要与其他 导带长距离平行分布: (21续流二级管的负极,电感和PMOS的漏极 之间的连线应尽量短.否则会引起控制电路的不 稳定,同时会造成很大输出纹波: f3)PMOS的栅极与控制芯片的控制输出端的 连接要尽量短,否则会引起电路振荡: f41电感和PMOS管的漏极之间的连线要尽可 能的短.由于反馈电压信号线对噪声的干扰很敏 感,因此,为了减小噪声干扰,反馈电压信号线 的走线要远离PMOS管和电感: (5)两路地线的布局要合理,通常接地可分 为悬浮地,单点接地,多点接地和混合接地.其 中单点接地适用于若干单元在一起的电路.本电 路中有电源和信号地.并联单点接地最简单,它 第10卷第6期 20o8年6月姆霎缔Vo1.10No.6 Jun.20o8 没有公共阻抗耦合和低频地环路问题.每个单元 都接在大一个的单点地上.由于只有一个参考 点,可以没有回路存在,因而骚扰就小得多; (6)6工艺上应采用金浆料进行大面积的铺地, 以更进一步地减小两路之间地线的串扰. 4.4输入电容的选择及放置 在该电路的设计中,输入滤波电容的选择和 放置非常的重要.首先,滤波电容要选用具有良 好特性的小尺寸的高纹波电容f如高频陶瓷电 容).以减小等效串连电阻ESR和等效串联电感 ESL.同时,由于BUCK控制芯片对电源的要求较 高.该滤波电容两端到控制片供电端和接地端的 连线要尽量短.否则会引起控制片在启动时损坏 和电流调整率变差.为此,笔者通过进行了模拟 试验发现:输入电容必须靠近控制片的输入电源 端.而且输入电容与控制片的输入电源端的距离 超过10mm时.控制片将会受到干扰.从而使得 电路工作不稳定.图2是输入滤波电容合适与否 两种情况下MOS管的G极波形的对比. (a)输入滤波电容位置合适 (b)输入滤波电容位置不合适 图2MOS管G极波形的对比 由图2可以看出,输入电容的位置非常重要, 如果输入电容的位置靠近控制片的输入端,那么 PMOS管的G极波形前后沿没有尖峰,且控制片工 作稳定,不会在启动时损坏,同时电流调整率也 ,若输入电容放置的不当(超过了控制 高.反之 片输入电源端10mm的距离),那么,PMOS管的G 极波形前后沿就有尖峰,且控制片在启动时容易 损坏,同时电流调整率也比较差. 4.5保护电路的设计 本控制片内部集成有电压比较器和单脉冲发 生器.可在电压比较器的正端通过外接电阻和电 容以及内部的5.5A电流源来设置过流比较电 压.其过流保护原理是使5.5A的电流在外接电 阻RADl上产生一个电压,若此时的过流比较电压 阈值为:^nI=旷.^nI×3.0A),电压比较器的 负端电压衄忸是过流电压信号,此电压值为: 衄忸=旷-D6,那么,当PMOS管过流时,D6增 大,电压比较器的正端电压fADJ端)大于电压 比较器的负端电压f电流感应端ISENSE),此时 控制片通过单脉冲发生器来关断外部的PMOS管. 其限流值的大小则可通过外接电阻R删进行调节. 该控制片内的过流保护电路如图3所示. 图3电流保护电路 4.6热设计 为了进一步提高产品的可靠性,除了选用合 适的元器件外.还应该对电路进行降额设计.同 时还要注意产品内部的热源分布.该电路在热设 计上采用了合适的功率型外壳,再通过合理的版 图设计,来使产品内部的热源均匀分布,避免造 成局部过热而影响可靠性.而将陶瓷基片与金属 外壳,内部功率器件与基片采用再流焊焊接起 来.可以减小功率器件与基板及基板与外壳之间 的热阻,从而使模块内部耗散的热量能有效地传 递出去.提高产品的可靠性. 5结束语 笔者对本设计进行了实验测试,结果表明, 该DC/DC变换器具有体积小,效率高,重量轻, 使用方便,可靠性高等特点,同时具有输出精度 高,稳定性好,负载调整率高,纹波小,输入电 压范围宽等优点,因而具有重要的使用价值和良 好的应用前景. 撕删.ecd~clt2008.6电子元器件焘用33