平面变压器5V/12A高功率密度开关电源设计

王朕 史贤俊 肖支才 张文广

（海军航空工程学院控制工程系，山东 烟台 264001）

1 引言

磁性元件的体积和重量在开关电源中占据相当大的比例，其重量通常占总重量的30%～40%、体积占总体积的30%～40%；降低开关电源的体积和重量、提高开关电源功率密度的一个重要方法，就是降低开关电源中必不可少的磁性元件—高频变压器的体积和重量。采用平面变压器可大大降低开关电源体积和重量，提高其功率密度；因此，磁性元件平面化已成为提高开关电源功率密度的一个重要趋势。此外，磁性元件还是影响开关电源输出动态性能和输出纹波的一个重要因素。同步整流技术采用了低通态电阻的MOSFET代替普通二极管进行整流，可大大提高开关电源的效率；尤其是输出电压较低而输出电流较高时，同步整流技术更具有不可替代的优势。

本文选用对称半桥式电路为主电路、TL494为控制芯片，综合采用平面变压器和同步整流技术研制了一台48 V/5 V(12 A)高功率密度开关电源，该电源具有过流、过载保护功能，还具有输出电压纹波小（满载时10 mV）、效率高（可达92%）和体积小等优点。

2 开关电源设计

开关电源原理框图如图1所示，开关电源由主电路和控制电路两大部分组成[1,2]。48 V直流电经稳压和过流保护电路后输入对称半桥式变换电路，首先将稳压后的直流电变换成交流电，再经高频变压器变压后输入全波同步整流电路变换成直流电，经稳压滤波电路后变成恒定的+5 V直流电源；对+5 V输出电源的电压和电流进行采样，该采样值输入控制电路与预先设定的电压值和电流值进行比较实现稳压功能和过载保护功能；……