混合微电路H2705T型DC/DC变换器研制

摘要：介绍了H2705T型厚膜集成直流/直流变换器的研制过程，详细论述了电路的工作原理、元器件选取、关键问题的解决办法，以及可靠性设计等内容。

关键词：DC/DC变换器；厚膜集成；混合电路

　

1 引言

混合微电路H2705T型DC/DC变换器，是为某工程的无线高度表系统配套而研制的新型集成组件。产品主要特点如下：

1）采用先进的厚膜混合集成电路工艺，成熟的DC/DC直流变换技术和严格完善的生产管理体系使电路结构和线路设计科学合理，质量性能稳定；

2）开关频率高，变换、整流和滤波简洁高效，纹波干扰小，多路输出，分路控制，微功耗；

3）输入范围宽（18～36V），并具有欠压、过压、过流保护及死区时间控制功能；

4）全金属电磁屏蔽，小体积结构设计；

5）标准全金属模块化封装，便于安装固定，散热性能强，屏蔽性能好，噪声干扰小。

2 电路原理与主要技术指标

2.1 电路原理图

电路原理图如图1所示。H2705T，输出±5V和＋8V，功率为20W。产品分为3个单元，每个单元提供一路输出，各个单元电路相同，只是部分电路参数不同。下面以＋5V单元为例，说明其工作原理。

图1 H2705T电路原理图

本电路核心为单端脉宽调制器UC1843，最高工作频率为500kHz，频率稳定度达0.2％，启动电压为7.8V，最高工作电压为30V，具有过流、欠压保护及死区时间控制功能。UC1843各个引脚功能见表1。

表1 UC1843引脚功能

引脚	符号	功能
1	VPAM	补偿
2	VCON	反馈控制
3	ICON	限流检测
4	RC	振荡元件
5	GND	地
6	OUT	调制脉冲输出
7	VCC	电源
8	VREF	基准电压

集成块IC₁₀₃（UC1843）的脚7为电源端。开机后，V_in通过R₁₁₄对电容C₁₀₆充电，当脚7电压达到启动电压后，启动调制器，使脚6输出第一串宽脉冲，作用于V₁₀₁栅极，推动变压器T₁₀工作，将V_in直流电压变换成两路交流脉冲电压。其中一路经D₁₀₃整流，为集成块IC₁₀₃的脚7供电；另一路经D₁₀₂整流，D₁₀₁续流，L₁₀₁、C₁₀₁、C₁₀₂滤波，实现功率输出。

稳压环中，R₁₀₁和R₁₀₂对输出电压取样；IC₁₀₁对输出取样进行比较放大，并将比较出的误差电压转换为误差电流，作用于光电耦合器IC₁₀₂的内部发光二极管，经过光耦合，又转换为误差电压，经R₁₀₄传给IC₁₀₃的脚2。IC₁₀₃的内部根据误差电压，校正脚6输出脉冲宽度，最终实现输出稳压。

保护电路中，主电路由R₁₁₂进行电流取样，经过R₁₁₀传给IC₁₀₃的脚3，实现过电流保护功能。R₁₀₇，R₁₁₁提供脚3过电流保护基准电平；V_in经过D₁作用于V₁基极，一旦有过压现象发生，V₁将关断集成块IC_103～303（UC1843）的脚7电压，停止全电路工作，实现过电压保护功能。

另外，控制端（C_nt）的高低电平，经过R₁作用于V₁的基极，实现外电路电平控制功能（即C_nt遥控功能）。当C_nt处于高电平或悬空，V₁的基极为高电平，V₁导通，关断集成块IC_103～303（UC1843）的脚7电压，停止全电路工作。反之，当C_nt处于低电平或接－V_in，V₁不导通，电路输出正常。

因此，C_nt的电平控制功能为：

——高电平或悬空，全电路无输出；

——低电平或接－V_in，全电路正常输出。

2.2 主要技术指标

主要技术指标见表2。

表 2 H2705T技 术 指 标

参数		最小	最大	条件
输出电压	Vo1/V	4.8	5.2	Io1=3 A
输出电压	Vo2/V	7.68	8.32	Io2=250 mA
输出电压	Vo3/V	－4.8	－5.2	Io3=200 mA
纹波	Vp_p/mV		30	满载
电压调整率	SV/％		0.3	Io满载，Vin=18～36 V
负载调整率	SI/％		0.4	Vin=27 V，Io从0—满载
效率	η/％	80	—	满载

注 ： 除 非 另 有 规 定 ， 环 境 温 度 为 － 55≤ TA≤ 85℃

　

3 研制过程

3.1 电路参数选取

电路参数的选取，主要依据计算数据和实验数据。

UC1843脉宽调制器的选取，主要是考虑该器件属于单端电流型PWM调制器，具有管脚数量少、外围电路简单、安装与调试简便、性能优良等优点，符合混合集成电路对体积的特殊要求。

启动电阻、电容取值，要综合考虑启动所需能量、时间和输入电压范围，保证可靠启动，并经过多次实验取得。

振荡电阻、电容，决定整个电路的工作频率，属于关键元件。其中，电容采用高精度NPO电容，电阻用高稳定性浆料。电阻最小值为1kΩ，电容最大值为0.1μF，频率f≈1.8/RC。为了减小体积，频率尽量提高到400kHz左右。综合这些因素，即可得到电阻电容的数值。

磁性材料根据高频、高效、小体积、大功率的要求，并留有一定的功率余量，各路输出选取不同的磁芯。

稳压环路中,IC₁₀₂的基准电压为2.495V，取样电流依据实验数据取得，这两个因素决定了R₁₀₁，R₁₀₂的阻值。

过电流保护取样电阻的取值，