高可靠DC-DC变换器的设计

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　　引脚14为Si9114的电源端。VCC电压范围为9.5 V～16.5 V。最大绝对值为18 V。在实际应用中，高温时电压下移2.0 V；低温时上移3.0 V，该电压一般在10.8 V～12.5 V。为了保证VCC电压稳定，交流干扰小，一般选1μF～10μF的退耦电容。

　　2.3确定开关频率

　　在PWM控制电路中，根据电路的短路特性确定开关频率。输出短路时，为维持恒流工作方式，控制电路应尽可能的减小占空比。理想状态时，在规定的电压调整率范围内应能输出105％的额定电流；短路时，则输出115％的额定电流。若占空比太小，会产生输出电流的拖尾现象，这就需要使用大功率的整流元件避免在过载时产生毁灭性电流。基于以上原因，考虑到厚膜电路的布局、变压器、磁芯、功率器件及效率等因素，设置变换器的工作频率为250 kHz。

　　2.4元件的选择

　　元件的选取耐压电压是实际电压的1.0～2倍，正向电流的1.5～2倍。

　　场效应管选用IR公司的IRF7495(S0-8)，其主要参数为：VDSS=100 V，RDS(ON)=22 mΩ，VGS=10 V，ID=7.3 A，COSS=160 pF～980 pF(一般取240 pF)；整流二极管选用IR公司的12CWQ04FN (D-PAK T0-252AA)，其主要参数：IF=12 A，VR=40 V，VF=0.48 V,CT=405 pF。肖特基二极管都有寄生电容，并对这些电容充放电。采用大容量的整流元件可降低变换器效率。

　　2.5变压器的设计

　　变换器采用谐振复位正激式变换器，一般正激式电路中，变压器多采用磁复位线圈或箝位电路。谐振复位由MOS管的寄生电容和变压器的磁化电感决定。也需考虑输出二极管的电容。如图3所示，变压器的磁化电感对变压器形成了并联调制电路，其谐振频率是由寄生元件决定，复位时间要尽可能短，要对铁心完全复位，直到下一个开关脉冲到来。复位时间取决于场效应管和整流二极管的选择。
　　图4所示是5 V／3 A时MOS管的漏极波形，从图中可知：漏感小，磁复位处理效果良好。
　　变压器的磁芯选用TDK公司PC40，其主要参数为：高导磁率，居里温度大于215℃，饱和磁通密度在电路设计中，一般取BS=1 600 GAS(高斯)。工作频率为250 kHz,最大占空比为0.37～0.45,本应用设计选用0.42。初级电感量为130 μH～160 μH，10匝，漏感要求小于1μH。计算变压器次级线圈的匝数，输出5 V，确认与输出电压相串联的损耗，包括：滤波电感、变压器直流损耗、整流器正向压降等。
　　根据骨架的窗口尺寸、电流密度的要求，变压器的参数设为初级为10匝，次级为9匝。采用并联层绕方式以减少漏感。

　　2.6输出电感

　　从电路理论得知：VL=Ldi／dt，VL=Ein-Eout

　　di=△IL(△IL取0.1～0.25 Iout)，L=(Ein-Eout)△t／△IL正激式变换器在最大转换周期时Ein=2Eout，Toff=0.5T，所以：L=EoutToff／△IL=5 V×2μs／(0.2×5 A)=10μH。

　　根据电感量、电流密度要求。磁芯选用TDK公司PC40P11／7，骨架BP11／7-612，绕组为10匝，电感量为10 μH。

　　2.7布局考虑

　　主电流回路流经输入电容，变压器，MOS管，电流采样电阻，再流回输入电容。为了避免噪声注入其他电路，主电流回路布线应尽可能短。
　　图5为应用PWM开关控制(Si9114)设计的高频DC-DC变换器的电路图，其输入电压为16 VDC～40 VDC，额定值为28 VDC，输出参数为5.0VDC／5 A；精度为±1.0％，功率为25 W，纹波为30 mW，负载电源调整率为300 mW。

　　3 结束语

　　该电路性能稳定、可靠、结构合理，已经批量生产，可供各用户使用。

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