Emparro67 Hybrid 10-100-240/24 M12MURR真空電源模塊設計思路：

該高性能電源模塊要求的輸入電壓為20～35V，輸出電壓為10～10.2 V、5～－5.2 V，工作溫度為-55℃～＋125℃，負載調整率和電壓調整率均小于1%，輸出紋波小于40 Mv。下面簡單介紹下該電源模塊的電路、變壓器、可靠性、工藝設計等方面。

電源模塊電路設計：

在電源模塊設計中，對于兩路輸出功率不相等的模塊來說，其設計主要有兩種方法：一是采用變壓器繞組，并利用耦合電感和低壓穩壓電路進行二次穩壓方法。二是采用變壓器次級多繞組來分別輸出兩路相對獨立的電壓。其中方法一雖然可以提高電路的穩定度，保證輸出電壓的精度，但是會增加電路的損耗，因為二次穩壓電路的輸入和輸出電壓差越小，穩壓電路功耗就越小。

該項目兩路輸出功率相差很大，分別為55W和2.5 W，主路功率變化范圍也較大。而若采用方法二，又由于反饋只能控制一路電壓，所以只能有一路輸出電壓的精度得到保證，另一路電壓只能靠變壓器和濾波電感預穩，而主路輸出功率變化較大又必然帶來輔路變壓器次級電壓的較大變化，因而無法保證輸出電壓的精度。為此，本設計采用兩路輸出來分別獨立地控制和反饋，這樣既可以精確控制輸出電壓，又可以減小因二次穩壓帶來的損耗。

電源模塊變壓器設計：設計變壓器時，應首先合理選擇磁芯材料。磁芯材料需考慮的最主要因素是它在工作頻率處的損耗和應用磁通密度。確定了電源模塊工作頻率后，即可根據制造商提供的手冊確定材料的具體型號，然后查出模塊在使用環境條件下的磁通飽和密度，再由此確定使用最大磁通密度，以保證變壓器始終不會工作在飽和點，提高模塊的可靠性。確定了具體的磁芯型號、形狀和尺寸后，便可以查到該型號在125℃時的磁通飽和密度Bs，然后根據降額設計選擇最大磁通密度為0.2Bs，在確定BMAX后，就可以根據下式計算出變壓器的原邊匝數：

上式中Kh瓦為材料的磁滯損耗常數，Vc是磁芯體積，單位cm3，fSW為開關頻率，單位為Hz，BMAX是最大工作磁通密度，單位T。損耗與開關頻率和工作磁通密度最大值的二次方成正比。因此，在設計時，應在優選具有高導磁率、高頻損耗小的磁芯作變壓器磁芯的前提下，還要合理設定BMAX，并通過合理設計匝數來減小變壓器的磁滯損耗。

電源模塊反饋補償電路的設計：

負反饋環是開關電源的核心部分，它保持輸出電壓的恒定主要是通過采用誤差放大器來減小輸出電壓與理想參考電壓的誤差，從而實現這一功能的。由于實際應用中存在負載變化和輸入電壓變化，所以要求誤差放大器對這些變化能有快速響應，并且不會因此產生振蕩而造成整個系統的不穩定。

電源模塊設計誤差放大器補償電路應遵循以下原則：首先在所有增益大于0dB的頻率處，其閉環相位應不超過－360°，在實際設計中，一般選擇小于300°。閉環增益的穿越頻率盡可能高，直流增益盡可能大，這樣有利于提高系統的調節精度和瞬態響應。最后，閉環增益曲線的斜率應以－20Db/dec下降。由于不同電源采用的控制方式不同，相應的補償方式也不同。本文采用電流型控制方式，采用的補償方式為極點一零點補償。這種補償方法在直流處有一個極點，可通過提高誤差放大器的開環增益來改善輸出調節性能。在輸出濾波器極點頻率或以下處引入一個零點，可以補償濾波器極點引起的相位滯后。

其次，應在設計中盡可能降低噪聲的產生，開關二極管反向恢復時間里引起的短路尖峰電流是造成模塊噪聲的主要原因。該設計時可采用反向恢復時間較快的肖特基二極管，并根據具體輸出情況合理選型，適當降額設計也可較好的抑制噪聲。對于高頻變壓器工作時產生的噪聲，可在電源模塊設計中采用去耦和屏蔽的方法來降低干擾。

電源模塊可靠性設計：由于要求該產品的質量等級高，因此，產品不僅要通過鑒定QCI檢驗，還要通過QML檢驗。試驗條件按GJB548A－96和GJB2438A－2002要求進行。本產品所經受的試驗相當嚴酷，由于要求產品在全溫范圍－55℃～＋125℃內長期可靠地工作，所以，無論從電路設計還是工藝結構上，都要考慮到可靠性設計。

電源模塊可靠性優化設計：從設計上考慮，電路結構要盡量簡化，既要實現電路性能，又要簡化元器件的品種與數量，減小因元器件的失效造成可靠性的降低。其次，初步設計完成后還要采用可靠性綜合分析軟件進行分析和驗證，發現不足之處，再進行改進和提高。最后合理設計各項參數，使產品工作在最佳狀態。

電源模塊降額設計：元器件的電應力包括電流應力及電壓應力，元器件的降額設計能有效提高產品的可靠性。降額系數一般為0.5～0.8倍。例如輸入電壓為1 6～40V，采用的輸入電容器的額定電壓為50V，且應具有2.5倍的耐壓能力。輸出電壓為5V，采用的整流二極管反向耐壓為45 V。輸出電壓為10 V，所選用的整流二極管的反向耐壓為100 V等等。