基于LM2679多路輸出DC-DC變換器

　　摘要：單片開關電源集成電路具有高集成度、高性能價格比、zui簡單外圍電路、*性能指標等特點，能構成率無工頻變壓器的隔離式開關電源以及非隔離式開關電源。對于大電流的多路輸出本文仍采用各個DC-DC變換器獨立工作。文中在以往多路DC-DC變換器的基礎上進行了一定程度的拓展，通過在每個DC-DC變換器的輸入級加入LC網絡，主要目的是獲得更高的穩定性。
　　
　　單片開關電源集成電路具有高集成度、高性能價格比、zui簡單外圍電路、*性能指標等特點，能構成率無工頻變壓器的隔離式開關電源以及非隔離式開關電源。
　　
　　許多電子設備需要提供多個相互獨立的電源，如數碼相機、個人數字助理、等。由于電子產品的高穩定性從而對其供電電源的穩定性也提出了更高的要求。同時為zui大限度地利用電能，對轉換效率也提出了更高的要求。這就需要能設計出多路輸出、率、高穩定性的DC-DC變換器。文獻中采用了單電感多輸出DC-DC變換器，但對于多路大電流輸出時就顯得相當困難。對于大電流的多路輸出本文仍采用各個DC-DC變換器獨立工作。文中在以往多路DC-DC變換器的基礎上進行了一定程度的拓展，通過在每個DC-DC變換器的輸入級加入LC網絡，主要目的是獲得更高的穩定性。
　　
　　1、系統結構
　　
　　基本結構如圖1所示。即由3個DC-DC變換器并聯輸出。輸入電壓為19～31V，一般由鉛酸電池提供。輸出的15V、5V、3．3V主要給各種電子設備供電。DC-DC變換器基于LM2679而設計。圖2是LM2679內部結構原理圖，從圖中可對其器件結構進行一定的了解。　　
　　LM2679-ADJ的主要參數，工作效率：92％；開關頻率：260kHz；輸入電壓：8～40V；zui大輸出電流：。為不讓輸出電壓發生突變自帶軟啟動（SOFT-START）；可通過外接電阻對輸出進行過流保護（CURRENTADJUST）。

        2、路結構及參數設計
　　
　　圖3就是BUCK的主電路模型，文中所用到的也是此種變換器，它是一種降壓變換器，其輸出電壓平均值Vo總是小于輸入電壓Vin。　　
　　設開關S的開關周期為T，在一個周期中開關S導通的時間為Ton，定義占空比為　　
　　BUCK變換器通過控制開關S導通的占空比D來控制輸出電壓Vo的大小。
　　
　　輸入電容C1，多文獻中均未提及此電容的設計，但是對于由單片開關電源構成的系統由于其控制部分和開關管封裝在一起。所以要注意對其進行設計，根據工作經驗一般取值大小為470μF并聯陶瓷電容47μF且兩電容緊鄰控制部分輸入端。開關管S1，主要根據其輸出電流大小、開關頻率、輸入電壓來進行選擇。　　
　　VDS為開關管S1的耐壓；ID為開關管S1的導通電流；I0為變換器輸出電流。
　　
　　續流二極管D1，續流二極管使用快恢復二極管，但為了進一步降低其損耗，在電壓允許的情況下采用肖特基二極管。其反向擊穿電壓大于輸出電壓，正向電流大于輸出電流。
　　
　　濾波電感L1，濾波電感選取應滿足紋波要求，所以　　
　　濾波電容C2，濾波電容的選取要滿足輸出電壓紋波要求。濾波電容不是理想電容，它包含等效串聯電感ESL和等效串聯電阻ESR，在500kHz以下，等效串聯電感ESL可以忽略，輸出的紋波在很大程度上由等效串聯電阻RCO和電容值CO決定。一般對于電解電容而言，在很寬的范圍內，RCO×CO的值為一常數，一般為50×10-6～80×10-6。通常取其平均值65×10-6。則等效串聯電阻RCO為　　
　　以上對整個BUCK變換器的設計作了大致說明。
　　
　　設計的相應指標：
　　
　　輸入電壓：19～31V
　　
　　輸出電壓：15V／；5V／3A；3．3V／3A
　　
　　輸出電壓紋波：<50mV
　　
　　相應設計特點如下：
　　
　　為便于設計采用了國家半導體公司的集成芯片LM2679進行設計，以便在不使用時進行一步降低待機功耗，設計相應使能電路即外部不需要輸出時關閉芯片輸出。如圖4中的Ctrl_ON。　　
　　為保證在大電流輸出時各個模塊之間互不干擾，以免發生自激。在每個DC_DC模塊輸入端口均串有一個約1μH的磁珠，磁珠對模塊中產生的高頻分量且高阻抗，而對輸入的直流呈低阻抗，可以對各個并聯模塊之間進行有效的隔離。
　　
　　3、實驗結果與結論
　　
　　通過對實際電路的PCB設計以及調試，并記錄了相應數據及輸出電壓波形。表1給出了不同輸入電壓時整個系統的工作狀況，圖5～圖7給出了各模塊輸出電壓以及其輸出紋波。通過對以上數據的觀察，zui終得到了與預期結果基本一致。　　
　　通過對上述實驗的測試、分析得出結論：（1）設計BUCK變換器時，輸入電容容值一定要選好且位置要緊鄰控制芯片，以保證輸出電壓具有較高的負載調整率。（2）在多路并聯輸出的情況下，為防止多路串擾而發生自激情況，可以在每個模塊的輸入端串入一個1μH的小磁珠加以阻隔。（3）為進一步降低輸出紋波，需要使用等效直流電阻較小的陶瓷電容，且為進一步降低輸出紋波可進行多個并聯使用。