PA-Switch系列集成控制器在小功率DC-DC變換器中的應(yīng)用（二）

無論采用哪一種方法，在任何工作狀態(tài)下都必須保證光耦的集電極電壓達(dá)到8V，這樣才能確保DPA-Switch的偏置電壓達(dá)到12V的下限。

上面給出的三種方法中，第一種方法最簡單，只需要在光耦的集電極和直流輸入端之間串接一只齊納二極管。增加齊納二極管一方面是為了限壓，更重要的則是為了限制光耦的耗散。這種方法的缺點是效率低，只適用于18V－36V的低輸入電壓應(yīng)用場合。

在第二種方法中，功率變壓器上的偏置繞組應(yīng)與整流二極管的正極相連，以保證其在DPA-Switch工作時導(dǎo)通。由于偏置電壓的大小與輸入電壓成正比，因此輸入電壓越高，變換器的效率也越低。但是與第一種方法相比，對變換器效率的影響還是可以承受的。

第三種方法是在輸出耦合電感上增加一個偏置繞組。當(dāng)變換器工作在連續(xù)導(dǎo)通模式下時，這種方法最為適宜，而且效率最高。不足之處在于提高了輸出耦合電感的成本和復(fù)雜程度。偏置電壓的大小可以通過改變匝比、偏置電容的大小以及最小負(fù)載進(jìn)行調(diào)節(jié)。

5.3.3 變壓器

變壓器是變換器設(shè)計中的關(guān)鍵?？梢栽赑I Expert專用設(shè)計軟件的協(xié)助下完成變壓器的設(shè)計工作。

（1）匝比

變壓器最重要的參數(shù)是原邊和副邊之間的匝比。該匝比應(yīng)能保證變換器在最低輸入電壓條件下，維持正常的輸出電壓。在圖20所示的變換器中，輸入電壓下限為36V。而在實際當(dāng)中，考慮到欠壓鎖定電路的容差，輸入電壓可能會低至29V。該值減去變換器在滿載時DPA-Switch的漏－源電壓和變壓器繞組高頻交流電阻上的壓降，然后乘以最大占空比，再除以滿載時輸出電壓與輸出整流二極管壓降的和，所得結(jié)果就是變壓器匝比的上限。注意，由于DPA-Switch采用電壓模式控制，其最大占空比可以超過50％。

（2）磁芯和繞組

選擇磁芯時需要著重考慮的是磁芯的材質(zhì)，所選磁芯的材質(zhì)必須保證在DPA-Switch工作頻率下的損耗最低。同時還要綜合考慮溫度、繞組面積、磁芯截面積以及磁芯表面積與磁芯體積之間的比率等因素對功耗及變壓器熱阻的影響。變壓器設(shè)計完成后，還需要通過樣機(jī)進(jìn)行校驗，以確保變壓器在變換器實際運行過程中的溫升符合設(shè)計要求。

選擇繞組的線徑時，必須要考慮趨膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)。根據(jù)經(jīng)驗，當(dāng)輸出電流超過6A時，繞組最好采用扁平薄銅帶。

（3）其他

繞線長度應(yīng)盡可能的短，否則繞組本身的阻性損耗將不可忽略。

為了減小損耗，應(yīng)盡可能的減小變壓器的漏感，推薦初級繞組和次級繞組采用間繞方式。另外，繞制變壓器時無需留氣隙。

如果變壓器上繞有偏置繞組，其匝數(shù)必須足夠多，以保證在最低輸入電壓條件下維持8V的偏置電壓。

交流磁通密度對磁芯的損耗也有影響。因此，交流磁通密度必須保持在1000－1500高斯之間。

5.3.4 輸出電感

輸出電感的電感量主要取決于變換器對輸出紋波電流的要求。如果輸出電感較小，就必須增大輸出電容的容量，以使紋波電流的大小符合設(shè)計要求。注意，必須選用低ESR的輸出電容。輸出電感中的紋波電流較大，意味著DPA-Switch中的峰值電流也較大，最終將導(dǎo)致系統(tǒng)損耗的增加及效率的降低。

設(shè)計輸出電感主要參照紋波電流峰－峰值與電感平均電流的比值K△I。K△I越小，表示輸出電感量越大，輸出紋波電流越低。該值的選取應(yīng)綜合考慮輸出電感的體積、輸出電容的大小、效率以及成本等因素。推薦K△I的取值在15％至20％之間。如果K△I過高，將會導(dǎo)致輸出電容上的應(yīng)力和紋波電壓的增大。為減小阻性損耗，輸出電感繞組的匝數(shù)也應(yīng)盡可能的少。另外，選用低損耗材質(zhì)的磁芯。

在用PI Expert專用設(shè)計軟件進(jìn)行設(shè)計時，程序會自動計算出輸出電感量、RMS電流以及峰值貯存能量等參數(shù)。在選用磁環(huán)時需要參考峰值貯存能量這一參數(shù)，該參數(shù)關(guān)系到磁環(huán)是否會飽和。

如果輸出電感上繞有偏置繞組，應(yīng)確保該繞組能夠向光耦提供12V的偏置電壓。偏置繞組的匝數(shù)可以通過輸出電壓最低值、輸出整流二極管以及偏置整流二極管最大正向壓降計算得到。

5.3.5 DPA-Switch的選取