5．应用
5．1 DPA-Switch的选择
实际应用当中，选用何种型号的DPA-Switch，应根据变换器的最大输出功率、效率、散热以及成本等因素综合考虑。比较简便的方法是借助DPA-Switch的“输出功率－耗散功率关系表”，如表1－表3所示。
注意，上述关系表是在5V单路输出及采用肖特基二极管整流，同时DPA-Switch散热状况良好，结温低于100℃的条件下得出的。
通过表1－表3可以直观的看出，在不同的直流输入范围内，DPA-Switch的输出功率与耗散功率的关系。例如，当输入直流电压范围为36V-75V时，DPA424R在23W变换器中的典型耗散功率为1W，而DPA425R在23W变换器中的典型耗散功率仅为0.5W。由于在相同条件下DPA425R的耗散功率更低，变换器的效率能够提高大约2％。由此可知，在通常情况下，对于小功率DC－DC变换器，为了获取更高的效率，可以选用规格高一等级的控制器。
5．2 相关问题
（1）初级箝位
为了防止DPA-Switch内部开关管漏极电压受初级漏感电流的影响而超出其额定值，在初级侧需要增加箝位网络。实际当中箝位网络由齐纳二极管和小容量电容构成并跨接在初级绕组上，不但效果良好，而且成本也较低。
（2）输出整流
次级整流推荐采用肖特基二极管或同步整流结构。
（3）软启动
由于反馈环路动作需要一定的时间，变换器在启动过程中承受的应力非常大，因此DPA-Switch内部加入了软启动电路。在软启动过程中，大约经过5ms的时间，占空比才由零线性上升至DCMAX。同时，初级限流阈值也由85％上升至100％。输入电压在这段时间内逐步上升，直至反馈环路开始起作用。软启动电路有效降低了启动过程中DPA-Switch内部MOSFET、箝位电路以及输出二极管的开关应力，避免变压器饱和。另外，软启动电路还能够起到抑制输出电压过冲的作用。在某些应用场合下，可以省掉输出平滑电容。
（4）开关频率
DPA-Switch提供300KHz和400KHz两种开关频率。对于采用变压器次级直接驱动的同步整流结构，开关频率推荐采用300KHz。因为此时贮存在电感中的磁化能量更多，足以驱动MOSFET。
（5）变压器
在正激变换器设计中，推荐变压器的最大工作磁通在1500高斯左右变化，而峰值磁通密度在3500高斯左右比较合适，并应确保磁性元件，包括变压器和输出电感，在过载等极限状态下不饱和。如果为了提高变换器的效率而选用了高一等级的DPA-Switch，应将其限流阈值下调至峰值工作电流附近，一方面限制过载功率，另一方面也可减小次级元件的尺寸。
（6）空载及待机功耗
在轻载或空载状态下的“周期跳越”功能能够显著降低功耗。如果在一些应用场合不宜采用“周期跳越”功能，则需要外接预置负载。
（7）电路布局
DPA-Switch的基板在芯片设计时与内部MOSFET的源极连在一起，这样做的目的是使DPA-Switch的基板起到开关大电流功率回线的作用。因此，在电路布局时需用宽的、低阻抗印制线将DPA-Switch的基板与输入解耦电容相连。注意，DPA-Switch的Source引脚不再流过大功率电流，而只作为信号地使用。如果布局上有误，将造成工作异常。
Control引脚上的旁路电容应与Source引脚及Control引脚紧挨在一起，Source引脚与Line-Sense引脚和External Current Limit引脚之间的元件也应尽量靠近。需要注意的是，流过Source引脚的开关电流必须经过单独的印制线与输入电容相连，而不能与Control引脚、Line-Sense引脚或External Current Limit引脚上的元件共用印制线。
与Line-Sense引脚和External Current Limit引脚连接的所有印制线都应尽可能的短，并远离Drain引脚的印制线。另外，Line-Sense引脚与其外接电阻之间、Control引脚与其外接电容之间、反馈光藕与Control引脚及Source引脚之间的印制线都应尽可能的短，以避免噪声耦合干扰。
（8）散热
如果使用单面印制板，为了更好的散热，推荐采用复合铝印制板。这种印制板的底面为铝复合层，外接散热器可以直接固定在上面。如果采用双面板，覆铜厚度应加厚，以提高散热效果。注意，如果采用复合铝印制板，应采取一定的屏蔽措施，以防止高频开关噪声信号与铝基板发生耦合。
5．3 设计指导
DPA-Switch非常适合于单端正激DC-DC变换器的设计。随着专用设计软件PI Expert功能的不断完善，采用DPA-Switch进行设计已经变得越来越简便和快捷。有关PI Expert专用设计软件的使用方法不在本文讨论的范围之内，下面将要详细讨论的是采用DPA-Switch设计小功率单端正激DC-DC变换器时需要注意的各种问题。对这些问题的探讨将有助于设计者更深入的了解DPA-Switch。
图20所示为DPA-Switch控制的30W单路输出单端正激DC-DC变换器的典型电路原理图。其规格如表4所示：
5.3.1 系统要求
（1）输入电压范围
设计过程中，实际输入电压范围应比规格所要求的要宽。由表4可知，变换器要求的输入电压范围为36V－75V，实际设计时应留有裕量，最低输入直流电压可设为30V，最高输入直流电压可设为90V。
（2）输出特性
反馈环路采用带频率补偿的TL431进行控制。输出滤波电感和输出滤波电容的大小对噪声和纹波的影响很大，如何选取稍后讨论。
（3）输出整流电路
如果考虑成本，输出整流电路可以选用肖特基二极管；如果要进一步提高系统效率，输出整流电路可以采用同步整流电路。需要注意的是普通的超快恢复二极管在这里并不适用。有关同步整流的电路详细讨论也在稍后讨论。
（4）效率
变换器的效率当然是越高越好，但实际当中设计者不得不权衡利弊，考虑成本以及电路复杂程度等问题。图20所示的电路，在中等负载条件下的效率超过85％。如果变换器未采用同步整流电路，DPA-Switch的功耗将占到系统总功耗的25％，输出整流电路的功耗将占到系统总功耗的40％，磁性部件的功耗将占到系统总功耗的30％。当采用同步整流电路时，变换器的效率能够提高到90％。目前，下一代DPA-Switch正在开发当中，由于其RDS(ON)更低，变换器的效率有望得到进一步的提高。另外，增大磁芯的体积，提高工作频率都有助于提高变换器的效率，但变换器的成本和电路复杂程度也会相应提高，设计时必须综合考虑。
（5）温度
DC－DC变换器的工作温度范围通常都比较宽，而无源器件的特性受温度的影响比较大。因此，元器件必须经过认真筛选。输出电容器和反馈环路元件的选择非常关键，关系到整个系统的正常运行，详细内容也在稍后讨论。
5.3.2 偏置电压
获取DPA-Switch偏置电压的方法通常有三种：
（a）如果输入电压范围在18VDC－36VDC，可以直接由输入电压向DPA-Switch提供偏置电压，参见图21；
（b）在变压器上增加偏置绕组，参见图22；
（c）在输出耦合电感上增加偏置绕组，参见图20。
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
本文关键字：控制器 变换电路，单元电路 - 变换电路
