32V转5V小型DC/DC变换器的设计

靳宝军

陕西华经微电子股份有限公司 陕西西安 710065

随着科学技术的飞速发展，电子产品对电源可靠性、容量/体积比、技术性能要求越来越高，芯片化模块电源越来越显示其优越性，它体积小、可靠性高、工作温度范围宽，便于安装组合，所以被广泛采用。在一些比较特殊的电子设备中，运用了多个精密的小型仪器仪表，需要分别独立供电。如果采用传统的模块电源，受到内部器件的限制，其体积较大，装载多个产品会使电子设备显得庞大及笨重；而且传统的模块电源工作温度范围较窄，直接影响到电子设备的应用范围。芯片化电源就是专门针对这一弊端而研发的，这也是当前模块电源发展的趋势。该产品只是芯片化电源的一种，其工作原理与传统模块电源是大同小异。我们在研制过程中遇到并解决了一些特殊的难题，现总结以供同行评论。

1 设计原理

配备该产品的整机总线电压是32V，整机内部分仪表、电路的工作需要一个5V的电压，该产品的作用就是将32V的总线电压隔离转换成5V供整机内部的仪表、电路使用。该产品采用光耦隔离反馈、单端正激模式，将32V输入电压经过内部变压器转变成5V电压输出。通过误差反馈对输出电压进行稳定控制，通过滤波电路对输出纹波进行有效节制。

2 研制目标

（1）输入电压（范围）：32V（27V-38V）；

（2）输出电压（范围）：5V（4．9V-5．1V）；

（3）输出电流：1．2A；

（4）输出功率：6W；

（5）输入 /输出隔离：隔离；6．外形尺寸：27．5×27．5×5．9。

3 电路设计

3.1 .工作原理

该产品要求对输入的直流电压进行电压变换，输入的电压范围为：直流27-38V，经过DC/DC隔离变换，输出电压5V的低纹波、高转换效率的直流电压。

具体工作过程为：全电路采用光耦隔离反馈、单端正激模式。输入电压经过变压器初级、MOS管，在一个脉宽调制器作用下，将电压耦合到变压器次级，经整流、滤波得到输出电压，同时由后端的误差放大器与前端的脉宽调制器相结合对耦合电压进行校正，得到稳定的直流电压输出。如图1。

其中IC1为PWM控制芯片，IC2为光电耦合器，IC3为误差取样放大器。图1就是一个单端正激式原理图，Vcc为输入32V电压，GND1为输入地线，Vo为输出5V电压。GND2为输出地线。L1、C1、C2、R1组成一个简易的电磁兼容设计；R1、R2、D4、Q2组成一个简易的稳压电源，专给IC1供电。

3.2 结构设计

该产品在结构上采用标准6线腔体直插金属全密封外壳，材料选用可伐合金（4J29），表面有镀镍层用于防盐雾要求。产品采用引线镀金，玻璃绝缘子隔离的平行缝焊外壳；内部板与外壳内引线采用双股镀银铜丝焊接方式进行连接，外壳使用平行缝焊结构；元器件采取必要的降额设计，表贴元件即功率裸芯片采用再流焊工艺，使产品正常工作时其内部元件有一个合理的热应力环境。

图1 电路原理图

3.3 工艺设计

该电路采用金属外壳、厚膜混合集成再流焊组装工艺，内腔采用裸芯片粘接、金丝球焊键合工艺，封装采用平行缝焊工艺。

4 关键问题的解决

4.1 电路模式

体积结构小，仅有27．3mm×27．3mm×5．9mm，特别是5．9mm的高度，对电路的设计造成很大困难。既要保证满足各项功能指标，保证输出功率，还要满足用户要求的各种环境试验要求，电路设计成为难点。经过多方讨论与试验，采用高密度陶瓷基板厚膜电路印刷，裸芯片器件、小尺寸电容及高度只有4mm的磁材进行设计，经过三次版图参数的设计修正，解决了电路模式的问题。

4.2 效率问题

受到总高度的限制，该产品内部只能放下4mm高的磁材，产品技术要求效率要大于75%，保证该指标的批量合格率具有相当大的难度。由于磁材小，内部使用面积有限，采用最大化降低各个损耗点的损耗，累积法提高效率，选择合适的漆包线在既定磁材下找到匝比与匝数的最佳结合点，最终使产品效率可以达到78%以上，解决了产品的效率问题。

5 结语

该产品经检测和试用，各项技术性能指标满足用户使用要求，得到了用户认可。该产品在峰值期间供货超过8000只，值得推广。