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DPA-Switch的DC-DC正激变换器设计

使用DPA-Switch的具有单输出的单端正激变换器设计。它可以用来帮助系统工程师及电路设计师熟悉DC-DC应用中DPA-Switch的性能和要求。

使用DPA-Switch设计一个DC-DC变换器时会涉及到几个工程方面的问题，在效率、成本及复杂性之间进行权衡折衷。图1所示的电路结构在中等负载时整个输入电压范围内可以达到高于85%的效率。在典型应用当中，不使用同步整流的情况下，大约25%的总的损耗将耗散在DPA-Switch器件上 (见DPA-Switch数据手册)，40%损耗在输出整流管，而30%的总损耗耗散在磁性元件上。其余的损耗耗散在其它器件及电路走线上。

在使用同步整流替代肖特基整流时，由于更低的电压降，因而可以得到约91%的更高效率。通过使用更大型号的DPA-Switch器件可以将效率进一步提高，因较大型号的DPA-Switch器件其RDS(ON)更低。继续增大DPA-Switch器件不会使效率得到进一步的提高，因器件的开关损耗也会相应地增加。可以通过使用更大的磁芯及300 kHz而不是400 kHz开关频率的方法来降低磁性元件中的损耗。设计者必须对电源的大小、成本及复杂性进行评估，最终权衡选择使用这些可选方案。

功率变压器最重要的参数为初级-次级的圈数比。圈数比必须足够低，以便在最低输入电压时提供稳定的输出电压。根据系统规格书确定最低输入电压及输入欠压锁存电路的容差。尽管规定的最低输入电压为36 V，考虑到最差情况下欠压电路的容差，DPA-Switch实际工作的输入电压应低至29 V。将这个电压减去在最大负载时DPA-Switch漏极-源极间估算的电压。考虑到输出满载时变压器绕组高频AC阻抗的电压降，再将其进一步降低。

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hdfre9876
LV.3
2
2016-02-02 22:01
在输入高压及负载瞬变情况下，DPA-Switch可编程的占空比降低特点限制了占空比的偏移程度
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hdfre9876
LV.3
3
2016-02-02 22:07
@hdfre9876
在输入高压及负载瞬变情况下，DPA-Switch可编程的占空比降低特点限制了占空比的偏移程度
变换器工作的实际输入电压范围要比规格中所示的范围要宽。
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hdfre9876
LV.3
4
2016-02-02 22:08
DPA-Switch的输入欠压阈值容差变化要留有足够的设计裕量，使得实际的最低工作电压接近30 V
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menteowy
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5
2016-02-03 11:03
@hdfre9876
变换器工作的实际输入电压范围要比规格中所示的范围要宽。
对于标称输入电压为48 V的设计，实际的输入电压范围通常为30 V至90 V。
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menteowy
LV.3
6
2016-02-03 11:07
@menteowy
对于标称输入电压为48V的设计，实际的输入电压范围通常为30V至90V。
经过适当的频率补偿后可以对瞬态响应加以控制。纹波和噪声完全受输出电感及所用电容的大小所影响。
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menteowy
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7
2016-02-03 11:13
@hdfre9876
DPA-Switch的输入欠压阈值容差变化要留有足够的设计裕量，使得实际的最低工作电压接近30V
在典型应用当中，不使用同步整流的情况下，大约25%的总的损耗将耗散在DPA-Switch器件上，40%损耗在输出整流管，而30%的总损耗耗散在磁性元件上。
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lurong5462
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8
2016-02-03 13:31
在使用同步整流替代肖特基整流时，由于更低的电压降，可以得到约91%的更高效率。
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lurong5462
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9
2016-02-03 13:34
@lurong5462
在使用同步整流替代肖特基整流时，由于更低的电压降，可以得到约91%的更高效率。
通过使用更大型号的DPA-Switch器件可以将效率进一步提高，因较大型号的DPA-Switch器件其RDS(ON)更低。
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lurong5462
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10
2016-02-03 13:46
@lurong5462
通过使用更大型号的DPA-Switch器件可以将效率进一步提高，因较大型号的DPA-Switch器件其RDS(ON)更低。
继续增大DPA-Switch器件不会使效率得到进一步的提高，因器件的开关损耗也会相应地增加。
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hdfre9876
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11
2016-02-03 17:19
@menteowy
经过适当的频率补偿后可以对瞬态响应加以控制。纹波和噪声完全受输出电感及所用电容的大小所影响。
与普通的消费用电子应用相比，DC-DC变换器通常工作在很宽的温度范围，而且被动元件的特性随温度的变化非常大。
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hdfre9876
LV.3
12
2016-02-03 17:32
@hdfre9876
与普通的消费用电子应用相比，DC-DC变换器通常工作在很宽的温度范围，而且被动元件的特性随温度的变化非常大。
还需要注意输出电容和反馈电路中元件的选取，以便保证在整个温度范围内都可以满足规格中的性能要求。
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hdfre9876
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13
2016-02-03 17:40
@menteowy
在典型应用当中，不使用同步整流的情况下，大约25%的总的损耗将耗散在DPA-Switch器件上，40%损耗在输出整流管，而30%的总损耗耗散在磁性元件上。
输出耦合电感和稳压的变压器偏置方法可以得到最高的效率，因为此时光耦器两端的电压是可以控制的。
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menteowy
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14
2016-02-04 10:28
@hdfre9876
输出耦合电感和稳压的变压器偏置方法可以得到最高的效率，因为此时光耦器两端的电压是可以控制的。
为降低光耦器集电极-发射极之间的最大电压，在DC输入电压的正端与光耦器镜像三极管的集电极之间使用了一个稳压二极管。
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menteowy
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15
2016-02-04 10:30
这个方案不错的，特别适合于输入电压较低(18 V至36 V)的工业应用领域。在工业应用中，输入电压通常很低，可以省去稳压二极管，因为标准光耦器的击穿电压一般为70 V。
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menteowy
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16
2016-02-04 10:35
@menteowy
为降低光耦器集电极-发射极之间的最大电压，在DC输入电压的正端与光耦器镜像三极管的集电极之间使用了一个稳压二极管。
绕组整流管连接时要使得偏置绕组的极性为正激。这样，当DPA-Switch导通时，整流管处于导通状态。
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lurong5462
LV.3
17
2016-02-04 17:23
@menteowy
绕组整流管连接时要使得偏置绕组的极性为正激。这样，当DPA-Switch导通时，整流管处于导通状态。
由于偏置电压与输入电压成比例，在输入电压较高时效率会下降，但这种方法与直接连接至输入端的方法相比，其影响较小些。
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lurong5462
LV.3
18
2016-02-04 17:28
@lurong5462
由于偏置电压与输入电压成比例，在输入电压较高时效率会下降，但这种方法与直接连接至输入端的方法相比，其影响较小些。
对于这种偏置电压的产生方式，最差的情况是输出负载最小、输入电压最高的情况。
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lurong5462
LV.3
19
2016-02-04 17:34
@lurong5462
继续增大DPA-Switch器件不会使效率得到进一步的提高，因器件的开关损耗也会相应地增加。
输出耦合电感偏置是使用输出电感上的一个绕组来产生偏置电压。
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hdfre9876
LV.3
20
2016-02-04 19:13
@lurong5462
输出耦合电感偏置是使用输出电感上的一个绕组来产生偏置电压。
当DPA-Switch关断时可以利用变压器的原理使得偏置绕组的电压与输出电压成比例。
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hdfre9876
LV.3
21
2016-02-04 19:27
@lurong5462
对于这种偏置电压的产生方式，最差的情况是输出负载最小、输入电压最高的情况。
很有道理，应该通过改变圈数比、偏置电容的大小及主输出最小负载的方法可以对偏置电压进行调整。
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hdfre9876
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22
2016-02-04 19:39
@menteowy
这个方案不错的，特别适合于输入电压较低(18V至36V)的工业应用领域。在工业应用中，输入电压通常很低，可以省去稳压二极管，因为标准光耦器的击穿电压一般为70V。
恩，方案不错，而且方案中可以使用小电流、低成本的(非定制) 电感，但其电感量应足够高，以确保在大多数工作条件下都工作于连续导通模式。
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menteowy
LV.3
23
2016-02-04 20:03
其实在设计时候，功率变压器最重要的参数为初级-次级的圈数比，圈数比必须足够低，以便在最低输入电压时提供稳定的输出电压。
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menteowy
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24
2016-02-04 20:08
@hdfre9876
很有道理，应该通过改变圈数比、偏置电容的大小及主输出最小负载的方法可以对偏置电压进行调整。
磁芯选择时占支配地位的因素是散热方面的考虑。选择磁芯时要综合考虑绕线面积、磁芯截面积及磁芯表面积与体积的比例。
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menteowy
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25
2016-02-04 20:11
@menteowy
磁芯选择时占支配地位的因素是散热方面的考虑。选择磁芯时要综合考虑绕线面积、磁芯截面积及磁芯表面积与体积的比例。
必须保证降低变压器的漏感，从而降低箝位元件的损耗。因而最好采用初级绕组分开的变压器结构，即次级位于两层初级绕组之间
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hdfre9876
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26
2016-02-04 23:08
@menteowy
其实在设计时候，功率变压器最重要的参数为初级-次级的圈数比，圈数比必须足够低，以便在最低输入电压时提供稳定的输出电压。
如果变压器具有偏置电压绕组，要确保其圈数在最低输入电压情况下足够高，以便维持最低8 V的偏置电压输出。
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hdfre9876
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27
2016-02-04 23:09
@hdfre9876
还需要注意输出电容和反馈电路中元件的选取，以便保证在整个温度范围内都可以满足规格中的性能要求。
电感数值主要由设计者所接受的纹波电流的大小来决定。较高的纹波电流要求允许使用电气及体积上都比较小一些的电感。
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lurong5462
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28
2016-02-05 10:57
@hdfre9876
电感数值主要由设计者所接受的纹波电流的大小来决定。较高的纹波电流要求允许使用电气及体积上都比较小一些的电感。
有道理，输出功率一定的情况下，电感中的纹波电流较高意味着DPA-Switch的峰值电流较高。
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lurong5462
LV.3
29
2016-02-05 10:59
@hdfre9876
DPA-Switch的输入欠压阈值容差变化要留有足够的设计裕量，使得实际的最低工作电压接近30V
补充一点，偏置绕组的圈数要保证在正常工作条件下能够给光耦器提供12 V的电压。
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menteowy
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30
2016-02-05 15:58
@hdfre9876
当DPA-Switch关断时可以利用变压器的原理使得偏置绕组的电压与输出电压成比例。
在负载最小、输入电压最高的情况下检查偏置电压，如果有必要，可以增加一个假负载，以保证最小的偏置电压为8 V。
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menteowy
LV.3
31
2016-02-05 16:20
@lurong5462
补充一点，偏置绕组的圈数要保证在正常工作条件下能够给光耦器提供12V的电压。
为使成本最低，可以选用最小型号的DPA-Switch，其限流点的最小值应比最大初级电流高出至少10%。电流高出10%是为了使得电源的负载瞬态响应能力留有足够的设计裕量。
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