Emparro67 Hybrid 10-100-240/24 M12MURR真空电源模块设计思路：

该高性能电源模块要求的输入电压为20～35V，输出电压为10～10.2 V、5～－5.2 V，工作温度为-55℃～＋125℃，负载调整率和电压调整率均小于1%，输出纹波小于40 Mv。下面简单介绍下该电源模块的电路、变压器、可靠性、工艺设计等方面。

电源模块电路设计：

在电源模块设计中，对于两路输出功率不相等的模块来说，其设计主要有两种方法：一是采用变压器绕组，并利用耦合电感和低压稳压电路进行二次稳压方法。二是采用变压器次级多绕组来分别输出两路相对独立的电压。其中方法一虽然可以提高电路的稳定度，保证输出电压的精度，但是会增加电路的损耗，因为二次稳压电路的输入和输出电压差越小，稳压电路功耗就越小。

该项目两路输出功率相差很大，分别为55W和2.5 W，主路功率变化范围也较大。而若采用方法二，又由于反馈只能控制一路电压，所以只能有一路输出电压的精度得到保证，另一路电压只能靠变压器和滤波电感预稳，而主路输出功率变化较大又必然带来辅路变压器次级电压的较大变化，因而无法保证输出电压的精度。为此，本设计采用两路输出来分别独立地控制和反馈，这样既可以精确控制输出电压，又可以减小因二次稳压带来的损耗。

电源模块变压器设计：设计变压器时，应首先合理选择磁芯材料。磁芯材料需考虑的最主要因素是它在工作频率处的损耗和应用磁通密度。确定了电源模块工作频率后，即可根据制造商提供的手册确定材料的具体型号，然后查出模块在使用环境条件下的磁通饱和密度，再由此确定使用最大磁通密度，以保证变压器始终不会工作在饱和点，提高模块的可靠性。确定了具体的磁芯型号、形状和尺寸后，便可以查到该型号在125℃时的磁通饱和密度Bs，然后根据降额设计选择最大磁通密度为0.2Bs，在确定BMAX后，就可以根据下式计算出变压器的原边匝数：

上式中Kh瓦为材料的磁滞损耗常数，Vc是磁芯体积，单位cm3，fSW为开关频率，单位为Hz，BMAX是最大工作磁通密度，单位T。损耗与开关频率和工作磁通密度最大值的二次方成正比。因此，在设计时，应在优选具有高导磁率、高频损耗小的磁芯作变压器磁芯的前提下，还要合理设定BMAX，并通过合理设计匝数来减小变压器的磁滞损耗。

电源模块反馈补偿电路的设计：

负反馈环是开关电源的核心部分，它保持输出电压的恒定主要是通过采用误差放大器来减小输出电压与理想参考电压的误差，从而实现这一功能的。由于实际应用中存在负载变化和输入电压变化，所以要求误差放大器对这些变化能有快速响应，并且不会因此产生振荡而造成整个系统的不稳定。

电源模块设计误差放大器补偿电路应遵循以下原则：首先在所有增益大于0dB的频率处，其闭环相位应不超过－360°，在实际设计中，一般选择小于300°。闭环增益的穿越频率尽可能高，直流增益尽可能大，这样有利于提高系统的调节精度和瞬态响应。最后，闭环增益曲线的斜率应以－20Db/dec下降。由于不同电源采用的控制方式不同，相应的补偿方式也不同。本文采用电流型控制方式，采用的补偿方式为极点一零点补偿。这种补偿方法在直流处有一个极点，可通过提高误差放大器的开环增益来改善输出调节性能。在输出滤波器极点频率或以下处引入一个零点，可以补偿滤波器极点引起的相位滞后。

其次，应在设计中尽可能降低噪声的产生，开关二极管反向恢复时间里引起的短路尖峰电流是造成模块噪声的主要原因。该设计时可采用反向恢复时间较快的肖特基二极管，并根据具体输出情况合理选型，适当降额设计也可较好的抑制噪声。对于高频变压器工作时产生的噪声，可在电源模块设计中采用去耦和屏蔽的方法来降低干扰。

电源模块可靠性设计：由于要求该产品的质量等级高，因此，产品不仅要通过鉴定QCI检验，还要通过QML检验。试验条件按GJB548A－96和GJB2438A－2002要求进行。本产品所经受的试验相当严酷，由于要求产品在全温范围－55℃～＋125℃内长期可靠地工作，所以，无论从电路设计还是工艺结构上，都要考虑到可靠性设计。

电源模块可靠性优化设计：从设计上考虑，电路结构要尽量简化，既要实现电路性能，又要简化元器件的品种与数量，减小因元器件的失效造成可靠性的降低。其次，初步设计完成后还要采用可靠性综合分析软件进行分析和验证，发现不足之处，再进行改进和提高。最后合理设计各项参数，使产品工作在最佳状态。

电源模块降额设计：元器件的电应力包括电流应力及电压应力，元器件的降额设计能有效提高产品的可靠性。降额系数一般为0.5～0.8倍。例如输入电压为1 6～40V，采用的输入电容器的额定电压为50V，且应具有2.5倍的耐压能力。输出电压为5V，采用的整流二极管反向耐压为45 V。输出电压为10 V，所选用的整流二极管的反向耐压为100 V等等。