高可靠混合集成DC/DC变换器（5V/3A）的设计

3电路设计

3．1主要元器件

DC/DC变换器的主要元器件是脉宽调制器PWM、变压器、隔离反馈电路以及开关管和整流管。HB2805S15的PWM选用UC1825A，隔离放大器选用UC1901，变压器和电感选用TDK的PC40材料系列的罐型磁芯。

UC1825A是电压／电流型PWM控制器，输出峰值电流2A，开关频率可达到1MHz，误差放大器的单位增益带宽12MHz，具有逐个脉冲电流限制，软起动和最大占空比可设置，可用于双端推挽DC/DC变换器。

UC1901隔离放大器是一个脉冲幅度调制（AM）电路，它包括基准源、误差放大器、振荡器、乘法器，最高振荡频率5MHz。

PC40系列是TDK公司的产品，其导磁率高，高频损耗小。

3．2开关频率定时元件计算

开关频率高，元器件的开关损耗大，影响效率η；开关频率低不利于小型化，经过计算和实验，开关频率定为300kHz。UC1825A的定时元件电阻和电容由式（2）和（3）计算确定：RT=(2)CT=(3)

式中：RT——定时电阻，Ω；

CT——定时电容，F；

Dmax——最大占空比；

f——开关频率，Hz。

3．3元器件设计

（1）变压器的设计

变压器是DC/DC变换器的重要元件，主要技术参数是初次级匝数比(n=Np／Ns)和初次级的电感量（Lp，Ls）。变压器的初级匝数和次级匝数由下式得到：Np≥(4)Ns=(5)

式中：Vimax——最大输入电压，V；

Vimin——最小输入电压，V；

Bm——饱和磁通密度，T；

Ae——磁芯截面积，m2；

VF——整流管正向压降，V；

VO——输出电压，V。

（2）输出部分的设计

输出部分主要是输出电感L和输出电容C构成的LC低通网络，电感量和电容值由下式求得：L≥(6)

式中：ΔIL——电感脉动电流（一般取值ΔIL=(10％

～25％）IOmax），A；

Dmin——最小占空比。C≥（F）(7)

式中：ΔVOmax——输出最高纹波电压，V。

（3）开关管和整流管

开关管的最大电流IPmax由下式求得：IPmax=(IOmax＋)＋IM(8)

式中：IM——励磁电流，A；

IOmax——变压器最大输出电流，A；

开关管耐压VB：

VB≥2Vi(9)

整流管的最大峰值电流IFM：IFM≥IOmax＋(10)

整流管的反向截止电压VRR：VRR≥2即：VRR≥2Vimax(11)

本电路输出电压低电流大，选用肖特基整流管。

4可靠性设计

主要对电路中的功率元器件进行降额设计和版图的热设计。

4．1功率元器件的降额设计

由3．3节中的设计公式计算出各元器件的实际要求数值，按降额等级（Ⅰ级）选取元器件。

（1）磁性元件的设计

变压器和滤波电感是DC/DC变换器的主要发热源，承载着很大的功率，本电路选用TDK的PC40材料系列的罐型磁芯。

PC40材料的主要参数：

导磁率μ=2300

居里温度Tc≥215℃

饱和磁通密度Bs=5100Gas(25℃)

Bs=3900Gas(100℃)

电路设计中变压器磁通密度的实际取值是Bs=1600Gas，达到Ⅰ级降额标准。