5V-80A高功率密度DC-DC模块电源

5V/90A高功率密度DC/DC模块电源研究王来利目录1.引言2.拓扑的选择与损耗分析3.电路原理与元件参数设计4.封装与结构设计5.主电路建模与控制电路设计6.实验研究7.结论1.引言模块电源的主要发展目标及其实现途径模块电源功率密度效率拓扑器件结构、散热1.引言拓扑发展的历程移相全桥零电流准谐振全桥（硬开关）＋同步整流有源钳位正激＋同步整流Buck+双组交互正激Buck+全桥Buck-boost+全桥SynqorVicorNS48V输入，低压大电流输出24V输入，5V/90A输出?2.拓扑选择与损耗分析输入18~36V,输出5V/90 A.导通损耗占主体单级电路：全桥+倍流整流变压器变比1:1,原边导通损耗大两级电路：Buck+全桥+倍流整流优化了同步整流，自驱动；变压器变比1:1，导通损耗大Boost+全桥+倍流整流优化同步整流，自驱动；变压器变比4:1，变压器原边导通损耗降低；输入输出电流连续2.拓扑选择与损耗分析FBTPBoost＋FBTPBuck＋FB输入电压：16－38VIR6635耐压30VIR6648耐压60VIR6668耐压80V输出：5V/80A40V10V2.拓扑选择与损耗分析上表中：Po—输出功率； Pin—输入功率；Ig2—全桥电路开关管驱动电流；Ig3—Buck和Boost驱动电流；Ug1—同步整流驱管驱动电压；Ug2—全桥电路驱动电压；Ug3—Buck和Boost驱动电压；UF—二极管正向压降；Uin—输入电压；Uo—输出电压；f—系统的工作频率。2.拓扑选择与损耗分析三种拓扑损耗随入电压变化曲线(Po=500W)三种拓扑损耗随输出功率变化曲线(Vg=24V)从比较损耗的角度得出，双相Boost＋全桥优于另外两种拓扑结构3.电路工作原理与元件参数设计16-38V5V/90AT/2TTTon40V预调压VTM3.电路工作原理与元件参数设计第一级双相BoostTTonTT/2TTonTTonTTonTon3.电路工作原理与元件参数设计第二级50％占空比全桥电路ZVS每个桥臂4管并联且为自驱动方式4.封装与结构开关元件封装4种封装体积比较小体积、大电流寄生电感小管芯与引脚连接电阻小双面散热4.封装与结构总体结构结构设计原则：体积、热管理5.主电路建模与控制电路设计电路等效电流连续模式PWM开关模型状态空间平均模型5.主电路建模与控制电路设计系统的小信号模型5.主电路建模与控制电路设计控制电路设计LT3782IR20862.5V光耦隔离TL431TTonT/2T峰值电流环补尝器5.主电路建模与控制电路设计电流环开环和闭环的波特图上三式中：

Se—PWM调节器外部补偿斜；

Sn—PWM调节器锯齿波斜率；

Ri—Boost电路电流采样电阻；

He(s)—采样函数传递函数；

T—开关周期。电流环开环和闭环传函：5.主电路建模与控制电路设计补偿器传函：补尝器设计5.主电路建模与控制电路设计补偿器电路参数设计上式中：

gm—跨导型运放跨导值；

Kr—光耦电流传输比；

，，，，，

。光耦TL431LT37826.实验研究实验装置图PCB绕组DirectFET整个装置体积117×56×12.7（工业标准一砖）6.实验研究

CH1电压：20V/格开关管波形CH2电压：5V/格驱动波形时间：500ns/格开关管波形和其驱动波形（轻载）CH1电压：20V/格开关管波形CH2电压：5V/格对称桥臂驱动波形时间：500ns/格开关管波形和其驱动波形（重载）6.实验研究