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利用LM3478设计50W DC-DC升降压变换器

发布时间:2017-01-18 06:25:12  来源:大电流电感厂家   查看:
引言

  现代电子技术发展很快,半导体供应商不断推出新器件,从而推动电子应用工程师的不断创新设计,以满足市场的日益需求。本文介绍的即是基于客户的需求,应用美国国家半导体公司的新型电流型PWM芯片LM3478及基于SEPIC升降压原理实现的50WDC-DC适配器。该适配器的主要特点是:直流输入电压范围极宽;输出功率大;保护功能全;输出纹波小;效率高;工作稳定可靠;应用范围广。

  SEPIC型变换器

  SEPIC的电气原理简图如图1所示。

通常称之为升降压变换器SEPIC的简单原理如下:当SW开通时,加在L1,L2上的电压均为Vin,此时Cp并在L2上,且有Cp上的电压与L2上的相等。当SW关断时,L1中的电流继续沿着Cp、D1流向Cout输出到负载,同时L2的电流也流向D1、Cout输出到负载。在此期间,通过L1、L2的电压均等于输出电压Vout。由SEPIC的原理可推出基本关系式:Vout/Vin=D/(1-D)。式中D为占空比,且忽略SW及L1等的压降。

  LM贴片电感器3478

  LM3478芯片的主要特点:

  ·宽输入电压:2.79—40VDC

  ·高工作频率:100KHz—1MHz

  ·微型封装:MSOP-8

  ·驱动电流:1A

  ·内部限制:OCP,OVP,LVP,OTP

  ·工作温度:-40℃—+125℃

  50WDC-DC变换器设计

  该变换器的主要技术要求:

  直流输入电压范围:9-60VDC

  输入电流:<6A(9VDC)

  直流输出电压:12VDC±差模电感;%

  直流输出电流:3.5A

  输出纹波电压:<100mVRMS

  额定功率:42W

  峰值功率:50W

  电源效率:典型值85%;满负载

  保护型式:电流限制功率保护

  输出过流保护:<4.2A

  输出过压保护:由LM3478控制

  工作温度范围:-20℃—+70℃

  安规及EMC符合国际标准

  高可靠性MTBF>100,000小时

  外型及尺寸:塑壳式;102×46×25(mm)

  50WDC-DC变换器的电气原理图如图2所示。

该电路是基于SEPIC拓扑、应用LM3478芯片按照客户的技术要求设计的。在该电路中,考虑到适配器的体积及储能电感磁性材料的体积,选定工作频率Fs=250KHz。

  计算储能电感L3、L4的电感量及磁芯选择

  首先由公式:D=Vout/(Vout+Vin)计算占空比。由于最严酷条件下的电感纹波电流是在最大输入电压下,所以D=12/(12+60)≈0.167。

  计算储能电感l3、L4:正常情况下,L4的大小在确保最小负载电流下使电感电流连续,且输出纹波满足指标要求。为此,我们假定在20%最小负载电流下,允许有40%的峰-峰值纹波电流流过L4。

  C1、C2为输入滤波,Q1、DZ1、DZ2、D1-1构成启动电源,L3、L4为储能电感,Q2为贴片电感功率MOSFET,IC为PWM驱动芯片,R5为频率调整电阻,C3、C4、R2为反色环电感馈补偿,R3、R4为反馈分压电阻,R7为过电流取样电阻,C8、C9为SEPIC电容,R8、R9、C6、C7为吸收网络,D2为输出整流二极管,C10、C11、C12为输出滤波电容。当然要想符合EMC要求,输入端还应该有共模电感,差模电感,及X、Y等安规电容。

  L=V×dt/di;

  其中dt=1/Fs×D=1/(250×103)×0.167≈0.668,V为Vin在MOSFET开通时的值。因此,有如下计算:

  L4=60×(0.668×插件电感;10-6/0.4)=100.2μH。取100μH的标称值。由该SEPIC原理及设计经验可知,作为俩个分离的储能电感,L3的取值也为:100μH。

  由于该电感为储能电感,因此,对磁性材料的选取要特别注意。此处选择的材料为:Magnetic公司的KoolMu,相同性能的材料,其他公司又称铁硅铝。参数如下:

  ·料号:77381-A7,黑色

  ·尺寸:17.27×9.65×6.35(mm),为环型磁芯

  ·电感因数AL:43(nH/N2),N为圈数

  由公式:L=AL×N2,可以计算出电感圈数为:

  48圈,且用AWG18号线绕制。L3、L4相同参数。

  ·Magnetic公司的KoolMu材料,损耗少,相对成本低,也可以选同规格其他厂商铁硅铝材料。如果想进一步降低成本也可以选用国产的铁硅铝材料。
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