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高可靠DC-DC变换器的设计

1概述高性能DC-DC变换器要求具有高功率密度，大电流通路，宽泛的工作温

度范围等特点。近年来随着航空航天领域的拓展，对高性能DC-DC变换器的需

求日益大增，而对采用厚膜混合集成功率电路工艺制造的高可靠105℃的DC-DC

变换器的需求更为突出。采用厚膜工艺配套。利用浅腔式金属外壳，平行缝焊

封装，提高了气密性(漏气率达10E-8atm．cm3／s数量级)，增强了电路内部保

护功能，有利于混合电路的长期可靠性，克服锡焊使用助焊剂造成电路

1概述

高性能DC-DC变换器要求具有高功率密度，大电流通路，宽泛的工作温度范围

等特点。近年来随着航空航天领域的拓展，对高性能DC-DC变换器的需求日益

大增，而对采用厚膜混合集成功率电路工艺制造的高可靠105℃的DC-DC变换

器的需求更为突出。

采用厚膜工艺配套。利用浅腔式金属外壳，平行缝焊封装，提高了气密性(漏气

率达10E-8atm．cm3／s数量级)，增强了电路内部保护功能，有利于混合电路

的长期可靠性，克服锡焊使用助焊剂造成电路松香污染的缺陷。外壳采用10号

冷轧钢，热膨胀系数接近7

ppm／℃，有助于散热。

2应用设计

应用PWM开关型控制器设计高频DC-DC变换器，本设计通过减小延迟时间，增

加一些附属功能大大增强高频功率变换器的应用。通过增大转换频率，能够减

小储能元件的尺寸，使用陶瓷电容增加稳定性，降低系统消耗，简化了分布电

源结构。

2.1选择变换器的工作方式

对于Si9114，变换器的最佳工作方式是回扫式(反激式)和正激式。回扫式变换

器中所有线圈并联。当一个线圈短路，其他线圈也短路，辅助电源绕组也随之

短路，无法向控制电路提供电源，使得输出电压不稳定。而正激式变换器的辅

助电源绕组正向导通，输出绕组短路时，脉宽降到最窄，依然能够向控制电路

提供足够的电源。故选用正激式变换器进行设计。

2.2PWM控制电路

2.2.1Si9114PWM控制电路特点

Si9114作为电流型脉冲调制式(PWM)控制器，具有以下特点：

开关频率高达1MHz。由于开关频率高，储能元件尺寸小，全部采用贴片式，

尺寸小，重量轻，系统成本低；

内部集成有功率MOSFET驱动电路和高压启动电路，采用DMOS晶体管，允许内

部集成200V的高压直流相连，省去二次稳压；

软启动电路可使功率元件在系统上电时受到小的冲击，提高系统的可靠性；

提供同步输出引线，可使变换器之间同步或与外部某一时钟同步，简化了EMI

滤波，易于实现DC变换器的并联；具有逻辑控制的关闭电路及欠压关断电

路；

耐压200V，导通电阻1Ω，SO-8封装，适用于10W～30W的开关电源。

2.2.2PWM控制电路的功能

Si9114的引脚1为高压预调制器：由于DC母线电压与VCC电压存在很大差

距，需要一个启动电路。Si9114采用低功耗、BIC／DMOS电路制造技术和高电

压耗尽型MOSFET解决了启动问题。当电压上电时，场效应管导通，电流从输入

电容CIN流入VCC电容CVCC直到VCC到达9.2

V，变换器通过一个辅助电源绕组供给VCC时，当VCC高于9.2V，

关闭高压耗尽型场效应管，理想电压为11V～13V。图1所示为PWM控制电路

的启动电路。