宽范围输入两级式车载开关电源设计

发布时间：2020-07-23 06:45

【摘要】：车载开关电源作为汽车电源转换装置,任何工作条件下都需要满足汽车电子设备正常工作的要求,如车内负载突变、汽车瞬间启动制动、以及电子设备待机状态下的低功耗运行等,这就要求车载电源在输入电压宽范围内变化时仍可正常、可靠运行。车载电源可靠运行不仅能够保证车辆内电子设备的正常运作,同时也减小了由于设备损坏给电源厂家带来的维修工作量,因此研究宽范围输入开关电源变换器及控制具有重要意义。本文针对车载电源24V输入电压波动范围较宽,单级变换器实现占空比较大、温升严重等问题,设计了一款18V-72V输入两级式开关变换器,实现了在宽电压输入范围下的输出电压的稳定。前级采用BOOST变换器,将输入电压由18V-72V转换为57V-72V,实现对输入电压范围的缩小,使后级电路工作在最佳工作状态;针对宽范围输入使变换器占空比范围增大,采用间歇工作方式,输入范围在18V-57V时前级工作在升压状态,输入范围在57V-72V时前级处于“休眠”状态,大大减小了前级升压应力;针对输入电压扰动对系统的影响,采用单周期控制方法,有效提高系统抗干扰能力。后级采用推挽双正激拓扑,将57V-72V电压降压至24V,实现了后级稳定输出;采用峰值电流双环控制,提高了系统瞬态响应速度,实现了逐周期限流功能。针对变压器漏感对电路的影响,采用原、副边多股线并饶的方式,设计1:1隔离变压器,极大降低了漏感,优化了电路设计。前级采用IR1155s控制芯片,后级采用UC3846控制芯片,减小了电源体积,节约了成本。针对辅助电源产生额外损耗这一问题,采用后级MOS管的尖峰箝位功率作为辅助电源的供电设计,并结合输出整流二极管箝位功率与辅助电源协同为两级拓扑内部器件供电,提高了电能利用率,避免了不必要的损耗。针对车载电源电磁兼容问题,分析了设计中干扰源产生电磁干扰与辐射的原因,给出了相应的抑制办法,使设计达到工程效果。搭建了直流电源实验样机,采用先逐级再整体的调试方法,给出了详细的参数计算过程。利用SABER软件进行仿真辅助,完善了主电路与控制电路的设计,完成了对样机实验结果的分析,验证了前文原理设计的正确性与可行性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN86
【图文】：

电气系统

提出该公司针对这一问题的企业标准：《整车电气测试规范》。期，国际标准化组织为了能够将车载设备的干扰问兼容技术提出了一定要求，制定了 ISO-7637《道路车扰》标准，从而对车载电子设备电磁干扰问题有了生产公司表示认可这项准则，并且沿用至今；国内电磁干扰这一问题也发布了一项准则。相关标准号为和锅合引起的电磁骚扰》[15-17]。电力电子技术得到蓬勃发展，各类变换器拓扑应用芯片集成度与功能都得到了很大的提升同时成本与功源系统介绍备供电系统其主要可分为两部分：发单机与蓄电池、打火电系统、中控系统、底盘电系统[18]，如图 1-

原理图,主电路,原理图,芯片

入电压受功率波动影响不稳这一问题，设计一款18V-72V输入，24V输出的宽范围输入直流稳压电源。针对单级变换器在宽范围输入中占空比变化范围大、发热严重等问题，本设计采用两级式结构，拓扑原理如图1-2所示。基于成本及实用性考虑，采用模拟芯片进行逻辑控制设计。现以后级工作状态最优化及效率最大化设计，前级采用BOOST电路，将18V-57V整体升压至57V，采用单周期控制芯片IR1155s；后级采用推挽双正激拓扑，将57V-72V降压至24V稳定输出，采用电流型芯片UC3846；本设有独立反激辅助电源，为前级后级的芯片、图腾柱、风扇以及继电器供电。为了减小损耗

变换器,器件应力,升压方式,单周期控制

章基于单周期控制的 BOOST 变换器两级式变换器一般有两种方法：一种是先降压后升压；用先降压后升压方式，将输入电压统一降低，再由后级升BUCK 电路，本设计电源参数输入电压 18V-72V，输出 2至到一定范围，以 24V 为例，再由后级稳压输出，输入直工作在低压大电流状态，板子温升与器件应力较大，会增加成本，违背初衷。采用先升压后降压这一方案，拓扑，将电压升至一定高度，再利用后级降压，相应电流会太大。T 工作原理电路如图 2-1 所示。

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