一种双路输出DC/DC变换器小型化设计

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一种双路输出DC/DC变换器小型化设计

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* h4 o4 B" V0 m3 P6 ~1 前言
  w' g& ~$ K; B+ m+ [: @3 [1 K电源是一切电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响电子设备的可靠性。目前各种高效便携式电子产品发展趋于小型化，要求供电系统体积更小、重量更轻、效率更高。目前DC-DC转换器普遍应用于电池供电的设备和要求省电的紧凑型电子设备中。应用DC-DC转换器的目的是进行电压转换，给一些器件提供合适的工作电压，保证有较高的系统效率和较小的体积。

8 _( `' i  d; g: c- \POWER INTEGRATION（PI）公司推出的DPA Switch系列高电压DC-DC转换电路，将功率MOSFET、PWM控制器、故障保护及其他控制电路高效集成在一个单片CMOS芯片上，大大减少了电源的器件数目，降低了成本，减小了开关电源的体积和重量，简化了设计，缩短了研制生产周期，可以通过对引脚不同的配置实现高性能的设计。它同时还具备迟滞热关断的保护特性，提高了开关电源的效率和可靠性。此外，所有关键参数（比如限流点、频率、PWM增益）都具有严格的温度及绝对容差，从而简化了设计并降低了系统成本。本文以DPA422主控芯片设计了双路输出DC/DC变换器，其全部元器件约40个。

2 DPA-Switch单片开关电源
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2 X! b, o1 B! F# r图1是DPA-Switch的内部结构框图，主要由高压电流源、5.8 V并联调整器、软启动电路、内部欠压比较器、电流限制调整电路、电流限制比较器、输入线欠压和过压检测电路、振荡器、过温保护电路、前沿消隐、功率MOSFET等模块构成。其引脚功能见下：
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（1）漏极DRAIN（D）引脚
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这一引脚是高压功率MOSFET的漏极输出点。此引脚经过一个开关的高压电流源给芯片内部提供开机偏置电流。同时该引脚也是漏极电流的限流点检测点。
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, j, K7 I2 q8 E7 ~* |（2）控制CONTROL（C）引脚
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误差放大器及用来控制占空比的反馈电流的输入引脚。内部分流稳压电路连接节点。在正常工作时提供内部偏置电流。同时，它也用来连接供电去耦及自动重启动/补偿的电容。
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（3）线电压检测LINE-SENSE（L）引脚

: k- u6 `. p7 t! U7 ?# t+ v6 X5 t过压（OV）、欠压（UV）锁存、降低DCMAX的线电压前馈、远程开/关和同步时使用的输入引脚。连接至源极引脚则禁用此引脚的所有功能。
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8 R5 U6 \- z9 k# W: `8 a. k% @$ m. R（4）外部流限设定EXTERNAL CURRENTLIMIT（X）引脚
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; C, I2 Q( ]7 N. n3 s  a! F1 G外部流限调节和远程开/关控制引脚。连接至源极引脚则禁用此引脚的所有功能。
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（5）频率FREQUENCY（F）引脚

+ p! T. h6 Z- `选择开关频率的输入引脚，如果连接到源极引脚则开关频率为400 kHz，连接到控制引脚则开关频率为300 kHz。
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（6）源极SOURCE（S）引脚
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此引脚是输出MOSFET的源极连接点，用于功率返回端。它也是初级控制电路的公共点及参考点。

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4 E5 y/ R6 Z# S4 D) I图1 功能结构框图

3.3 输出LC滤波器的选择
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4 x/ |" Y, E9 z! k: T/ `7 B6 m由输出电感和输出电容所组成的滤波器，在滤波器谐振频率点处的环路响应上具有两个极点。由于滤波器为损耗相当低的谐振电路，因而在接近谐振频率点处的增益和相位的变化相当突然。因此，用于调整环路响应的极点和零点应避开该频率区域或者对此谐振加以补偿。适当地选择输出滤波器的谐振频率点可以降低反馈环路设计的复杂性。谐振频率点的位置应允许设计者采用有限数目且数值合理的补偿元件来调整得到所需要的响应特性。输出电容的ESR具有一个零点，可以对滤波器的一个极点进行补偿。但是，对于低ESR的钽电解电容，通常其零点所对应的频率过高，在所希望的环路带宽内不能够充分地抵消滤波器的影响。在某些可以使用标准低ESR电解电容的情况下，较高的ESR使得ESR零点位于足够低的频率点上，从而增加了有效的附加相位裕量。 输出滤波电容为足够多的电容并联在一起使用最为合理。
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4 实验结果
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& V: t8 n% I; f  N笔者通过对以上设计数据进行优化和微调，研制出符合设计要求的样机（如图3），常温条件下测试结果见表1。

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) V' \. w, \8 W* O图3 样机照片
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3 `( p1 ^3 [  d# Z2 Z/ b表1 样机测试结果
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  e0 n1 S1 ?+ r最后对开关电源进行了高低温实验，分别在-45 ℃和85 ℃的条件下考核，实验结果表明该电源可以在-45~85 ℃条件下正常工作，达到了设计要求，表明该电源运行可靠，输出稳定。
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kinidrily

学无止境啊