PA-Switch系列集成控制器在小功率DC-DC变换器中的应用（二）

无论采用哪一种方法，在任何工作状态下都必须保证光耦的集电极电压达到8V，这样才能确保DPA-Switch的偏置电压达到12V的下限。

上面给出的三种方法中，第一种方法最简单，只需要在光耦的集电极和直流输入端之间串接一只齐纳二极管。增加齐纳二极管一方面是为了限压，更重要的则是为了限制光耦的耗散。这种方法的缺点是效率低，只适用于18V－36V的低输入电压应用场合。

在第二种方法中，功率变压器上的偏置绕组应与整流二极管的正极相连，以保证其在DPA-Switch工作时导通。由于偏置电压的大小与输入电压成正比，因此输入电压越高，变换器的效率也越低。但是与第一种方法相比，对变换器效率的影响还是可以承受的。

第三种方法是在输出耦合电感上增加一个偏置绕组。当变换器工作在连续导通模式下时，这种方法最为适宜，而且效率最高。不足之处在于提高了输出耦合电感的成本和复杂程度。偏置电压的大小可以通过改变匝比、偏置电容的大小以及最小负载进行调节。

5.3.3 变压器

变压器是变换器设计中的关键。可以在PI Expert专用设计软件的协助下完成变压器的设计工作。

（1）匝比

变压器最重要的参数是原边和副边之间的匝比。该匝比应能保证变换器在最低输入电压条件下，维持正常的输出电压。在图20所示的变换器中，输入电压下限为36V。而在实际当中，考虑到欠压锁定电路的容差，输入电压可能会低至29V。该值减去变换器在满载时DPA-Switch的漏－源电压和变压器绕组高频交流电阻上的压降，然后乘以最大占空比，再除以满载时输出电压与输出整流二极管压降的和，所得结果就是变压器匝比的上限。注意，由于DPA-Switch采用电压模式控制，其最大占空比可以超过50％。

（2）磁芯和绕组

选择磁芯时需要着重考虑的是磁芯的材质，所选磁芯的材质必须保证在DPA-Switch工作频率下的损耗最低。同时还要综合考虑温度、绕组面积、磁芯截面积以及磁芯表面积与磁芯体积之间的比率等因素对功耗及变压器热阻的影响。变压器设计完成后，还需要通过样机进行校验，以确保变压器在变换器实际运行过程中的温升符合设计要求。

选择绕组的线径时，必须要考虑趋肤效应和临近效应。根据经验，当输出电流超过6A时，绕组最好采用扁平薄铜带。

（3）其他

绕线长度应尽可能的短，否则绕组本身的阻性损耗将不可忽略。

为了减小损耗，应尽可能的减小变压器的漏感，推荐初级绕组和次级绕组采用间绕方式。另外，绕制变压器时无需留气隙。

如果变压器上绕有偏置绕组，其匝数必须足够多，以保证在最低输入电压条件下维持8V的偏置电压。

交流磁通密度对磁芯的损耗也有影响。因此，交流磁通密度必须保持在1000－1500高斯之间。

5.3.4 输出电感

输出电感的电感量主要取决于变换器对输出纹波电流的要求。如果输出电感较小，就必须增大输出电容的容量，以使纹波电流的大小符合设计要求。注意，必须选用低ESR的输出电容。输出电感中的纹波电流较大，意味着DPA-Switch中的峰值电流也较大，最终将导致系统损耗的增加及效率的降低。

设计输出电感主要参照纹波电流峰－峰值与电感平均电流的比值K△I。K△I越小，表示输出电感量越大，输出纹波电流越低。该值的选取应综合考虑输出电感的体积、输出电容的大小、效率以及成本等因素。推荐K△I的取值在15％至20％之间。如果K△I过高，将会导致输出电容上的应力和纹波电压的增大。为减小阻性损耗，输出电感绕组的匝数也应尽可能的少。另外，选用低损耗材质的磁芯。

在用PI Expert专用设计软件进行设计时，程序会自动计算出输出电感量、RMS电流以及峰值贮存能量等参数。在选用磁环时需要参考峰值贮存能量这一参数，该参数关系到磁环是否会饱和。

如果输出电感上绕有偏置绕组，应确保该绕组能够向光耦提供12V的偏置电压。偏置绕组的匝数可以通过输出电压最低值、输出整流二极管以及偏置整流二极管最大正向压降计算得到。

5.3.5 DPA-Switch的选取