航天开关电源采用高效平板变压器IR2086

航天电源的技术要求比一般电源的要求更高。电源电压输入宽度、体积、防干扰、温湿度、安全可靠性等等都有严格地要求。IR2086电源控制芯片广泛用于航天、军工和工业自动化控制，该产品是国际IR公司新产品。

1.IR2086电路特点

1）电路采用DC/DC全桥变换形式，36～72V直流输入电压提供全程大范围进行转换，输出电压12V，输出电流30A，电源效率达97%。

2）电源使用了平板变压器磁心，变压器绕线由PCB直接生成，对于减少变压器漏感降低损耗、提高转换效率有利，而且对缩小电源体积、降低成本大有好处，我们知道，电源体积主要受变压器磁心、电解电容和整流二极管这三大元器件影响，如使用平板磁心（高仅为10mm）对缩小电源体积向前迈了一大步。

3）电源具有过电流保护、短路保护和欠电压锁定软启动等功能。电源的工作频率可达1MHz，脉宽调制占空比为50%。电路选择C₅可延时150ms软启动时间，通过延迟时间对输出负载高或低时增加调制脉冲宽度，增强了电源的负载能力。

4）IR2086集成了微分放大器、延迟驱动器、过电流检测单元、电流比较器、频率振荡器、高低边驱动器，见图5-26。高、低边驱动器直接驱动MOSFET的栅极，驱动能力达1A的输出和灌入电流。一次侧的桥沿开关功率管实现零电压开关（ZVS），为保证电路功能完全转换使变压器磁心的磁通量平衡提供了依据，也是功率消耗降低的一个重要原因。

2.IR2086各引脚功能特点

CS：过电流比较器输入端。当输出电流超过极限值时，芯片将停止输出脉冲。

DELAY：过电流复位延迟。延迟时间的长短由软启动C₅的容量大小决定。

CT：振荡器输入。它的振荡频率由电路的R₄、C₅及片内振荡器决定。C₅小，延时短，电路存在共导的危险，对电源安全不利。

COM1、2：电源地。适合信号地所有功能高频率和大电流的工作条件，具有低阻抗宽线电路板。

HO1、2，LO1、2：高、低边输出。它直接驱动MOSFET的栅极，能使电源输出功率达300W以上。

VB1、2：功率输入连接端。为了防止噪声干扰，连接该脚所有元器件的引脚越短越好。

V_CC：芯片供电引脚。V_CC的静态电流很低，但总电流却很高，总电流是V_CC静态电流与高、低边平均电流之和，在全桥电路中为四只功率管MOSFET提供触发电流。(www.xing528.com)

图5-26 IR2086内部功能及引脚功能图

1、8—空 2—过电流比较器输入端 3—过电流复位延迟 4—振荡器引脚 5—信号地和功率地 6—低边驱动器引脚 7—电源 9—高边功率输入端 10—高边驱动器引脚 11—高边功率地引脚 12—低边驱动器引脚 13—信号地和功率地 14—高边功率地引脚 15—高边驱动器引脚 16—高边功率输入端

3.IR2086电路工作原理

图5-27是IR2086原理图。直流电压从35～65V输入，电压经电容C₁、C₂高频旁路和滤波后，由R₈降压后经VT₅的漏极电压再经VD₁整流供IC₁的7脚用作启动电压和IC₁内部各电路模块的电源，之后不久，由R₄C₅和IC₁内部的振荡器开始工作。图5-28是电路的直流变换桥路，它由四只耐压80V的IRF6646组成，控制桥路平衡输出的TR₁的一次绕组L_p，通过L_p向它的二次L_S1、L_S2传输电能，同时一次侧实现零电压开关。180W的直流转换是由负载调节由一次绕组控制的开环控制系统。DC/DC转换电压比率为5∶1。

图5-27 高效平板变压器IR2086航天开关电源

IR2086的供电系统由VT₅、VT₆、VD₄、VD₁、VS₂、R₂、R₉、R₁、R₈、R₇以及IC₂组成。输入电压检测电路由R₁、R₂、IC₂组成。直流电压电阻R₈降压后经VT₅、VD₂提供IC₁的电压。启动后，由变压器L_F经VD₄整流R₉降压提供IC₁的工作电压。为了转换器工作在最优化的状态下，实现宽带输入电压，转换器可工作在变频模式下，改变振荡电阻R₄的阻值和VS₁的稳压值，可实现变频模式。当输入电压低时，电容C₅的充电电流也低，这时工作频率也低，其频率在130～270kHz变化，与输入电压成线性关系。如果使工作频率不变，可去掉VS₁。改变变频调制方式的好处是减小磁化电流在电路中的损耗，提高电源工作效率。

变压器TR₂及整流桥UR、电阻R₁₀及IC₁的CS脚组成过电流和输出短路保护电路。

输出电路采用同步整流形式。VT₉、VT₁₀是同步整流钳位自偏置驱动，驱动信号取自变压器二次绕组中心抽头，VT₇、VT₈、VT₁₁、VT₁₂四只MOSFET组成输出同步整流桥式电路，L₁、R₁₂、R₁₃、C₉～C₁₄是电压输出滤波电路，这种整流滤波适用大电流输出的电源，它损耗小、效率高。VD₅、VD₆二极管和R₁₅、R₁₆是两个桥臂的两只MOSFET加速驱动电路，晶体管在截止期间将漏极储存的电荷放掉，以确保后半周快速导通。VS₃、VS₄是晶体管的栅极钳位稳压二极管，确保晶体管工作稳定，不受负载变化影响。

图5-28 IR2086桥式结构原理图