32V轉5V小型DC/DC變換器的設計

靳寶軍

陜西華經微電子股份有限公司 陜西西安 710065

隨著科學技術的飛速發展，電子產品對電源可靠性、容量/體積比、技術性能要求越來越高，芯片化模塊電源越來越顯示其優越性，它體積小、可靠性高、工作溫度范圍寬，便于安裝組合，所以被廣泛采用。在一些比較特殊的電子設備中，運用了多個精密的小型儀器儀表，需要分別獨立供電。如果采用傳統的模塊電源，受到內部器件的限制，其體積較大，裝載多個產品會使電子設備顯得龐大及笨重；而且傳統的模塊電源工作溫度范圍較窄，直接影響到電子設備的應用范圍。芯片化電源就是專門針對這一弊端而研發的，這也是當前模塊電源發展的趨勢。該產品只是芯片化電源的一種，其工作原理與傳統模塊電源是大同小異。我們在研制過程中遇到并解決了一些特殊的難題，現總結以供同行評論。

1 設計原理

配備該產品的整機總線電壓是32V，整機內部分儀表、電路的工作需要一個5V的電壓，該產品的作用就是將32V的總線電壓隔離轉換成5V供整機內部的儀表、電路使用。該產品采用光耦隔離反饋、單端正激模式，將32V輸入電壓經過內部變壓器轉變成5V電壓輸出。通過誤差反饋對輸出電壓進行穩定控制，通過濾波電路對輸出紋波進行有效節制。

2 研制目標

（1）輸入電壓（范圍）：32V（27V-38V）；

（2）輸出電壓（范圍）：5V（4．9V-5．1V）；

（3）輸出電流：1．2A；

（4）輸出功率：6W；

（5）輸入 /輸出隔離：隔離；6．外形尺寸：27．5×27．5×5．9。

3 電路設計

3.1 .工作原理

該產品要求對輸入的直流電壓進行電壓變換，輸入的電壓范圍為：直流27-38V，經過DC/DC隔離變換，輸出電壓5V的低紋波、高轉換效率的直流電壓。

具體工作過程為：全電路采用光耦隔離反饋、單端正激模式。輸入電壓經過變壓器初級、MOS管，在一個脈寬調制器作用下，將電壓耦合到變壓器次級，經整流、濾波得到輸出電壓，同時由后端的誤差放大器與前端的脈寬調制器相結合對耦合電壓進行校正，得到穩定的直流電壓輸出。如圖1。

其中IC1為PWM控制芯片，IC2為光電耦合器，IC3為誤差取樣放大器。圖1就是一個單端正激式原理圖，Vcc為輸入32V電壓，GND1為輸入地線，Vo為輸出5V電壓。GND2為輸出地線。L1、C1、C2、R1組成一個簡易的電磁兼容設計；R1、R2、D4、Q2組成一個簡易的穩壓電源，專給IC1供電。

3.2 結構設計

該產品在結構上采用標準6線腔體直插金屬全密封外殼，材料選用可伐合金（4J29），表面有鍍鎳層用于防鹽霧要求。產品采用引線鍍金，玻璃絕緣子隔離的平行縫焊外殼；內部板與外殼內引線采用雙股鍍銀銅絲焊接方式進行連接，外殼使用平行縫焊結構；元器件采取必要的降額設計，表貼元件即功率裸芯片采用再流焊工藝，使產品正常工作時其內部元件有一個合理的熱應力環境。

圖1 電路原理圖

3.3 工藝設計

該電路采用金屬外殼、厚膜混合集成再流焊組裝工藝，內腔采用裸芯片粘接、金絲球焊鍵合工藝，封裝采用平行縫焊工藝。

4 關鍵問題的解決

4.1 電路模式

體積結構小，僅有27．3mm×27．3mm×5．9mm，特別是5．9mm的高度，對電路的設計造成很大困難。既要保證滿足各項功能指標，保證輸出功率，還要滿足用戶要求的各種環境試驗要求，電路設計成為難點。經過多方討論與試驗，采用高密度陶瓷基板厚膜電路印刷，裸芯片器件、小尺寸電容及高度只有4mm的磁材進行設計，經過三次版圖參數的設計修正，解決了電路模式的問題。

4.2 效率問題

受到總高度的限制，該產品內部只能放下4mm高的磁材，產品技術要求效率要大于75%，保證該指標的批量合格率具有相當大的難度。由于磁材小，內部使用面積有限，采用最大化降低各個損耗點的損耗，累積法提高效率，選擇合適的漆包線在既定磁材下找到匝比與匝數的最佳結合點，最終使產品效率可以達到78%以上，解決了產品的效率問題。

5 結語

該產品經檢測和試用，各項技術性能指標滿足用戶使用要求，得到了用戶認可。該產品在峰值期間供貨超過8000只，值得推廣。