在這個(gè)電源技巧中，我想介紹兩種方法，它們都可以降低隔離偏置電源中的設(shè)計(jì)復(fù)雜性和噪聲耦合。一種方法適用于多個(gè)隔離輸出和高達(dá) 8 W 的總輸出功率，它使用電感器-電感器-電容器 (LLC) 拓?fù)湟约鞍霕蝌?qū)動(dòng)器，例如 TI 的UCC25800-Q1。第二種方法集成了隔離變壓器，適用于高達(dá) 1.5 W 和一個(gè)隔離輸出，使用單個(gè)集成電路 (IC)，例如 TI 的UCC14240-Q1。該器件包含電源和反饋隔離，只需要濾波電容器和電阻分壓器即可完成設(shè)計(jì)。
    隔離電源的復(fù)雜性，尤其是在低功率水平下，是一個(gè)巨大的成本、尺寸和設(shè)計(jì)資源負(fù)擔(dān)。常見的低功耗拓?fù)涫欠醇な睫D(zhuǎn)換器。傳統(tǒng)的反激式轉(zhuǎn)換器使用光耦合器將次級(jí)側(cè)的輸出電壓反饋到初級(jí)側(cè)的控制器 IC。出于長(zhǎng)期可靠性方面的考慮，低成本光耦合器不適用于要求苛刻的汽車和工業(yè)環(huán)境。即使采用閉環(huán)調(diào)節(jié)，也只有一個(gè)反激輸出真正得到完全調(diào)節(jié)。具有初級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)功能的反激式轉(zhuǎn)換器可消除任何光耦合器要求，例如 TI 的LM5180-Q1。然而，低泄漏變壓器的需求及其噪聲和隔離挑戰(zhàn)仍然存在。
    對(duì)于大多數(shù)轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，低泄漏變壓器是有效跨隔離勢(shì)壘供電的關(guān)鍵。降低變壓器漏感的方法，例如緊密耦合的繞組和交錯(cuò)，通常會(huì)增加初級(jí)到次級(jí)的電容。該電容會(huì)傳播來自隔離式轉(zhuǎn)換器開關(guān)本身以及隔離式輸出連接到的電路（例如牽引逆變器或車載充電器中的高側(cè)開關(guān)）的噪聲。這些開關(guān)可以每納秒超過 100 V 的速度上下擺動(dòng)。此外，在需要高（幾千伏）增強(qiáng)隔離和低漏感的變壓器中存在顯著的成本和尺寸負(fù)擔(dān)。
    我在這里的重點(diǎn)是大約 8 W 或更少的高度隔離電源需求，其中可用的初級(jí)側(cè)電源在 12 V DC至 24 V DC范圍內(nèi)。在連接到交流電源或 400 和 800 V 電池的電路中需要電源的情況下，需要高隔離額定值（3 kV 均方根 [RMS] 或更高）才能滿足安全隔離。應(yīng)用示例包括電動(dòng)汽車和牽引逆變器的車載充電器中的隔離偏置電源，通常需要大約 +15 V 來實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)開啟，大約需要 –5 V 來實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)關(guān)閉，返回端連接到發(fā)射極或源極大功率開關(guān)。
    一個(gè) IC 用于多個(gè)輸出和高達(dá) 8 W：UCC25800-Q1
    LLC 拓?fù)洌▍⒁姂?yīng)用說明，“使用 UCC25800-Q1 開環(huán) LLC 變壓器驅(qū)動(dòng)器的隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器的偏置電源設(shè)計(jì)”") 允許在沒有反饋的情況下對(duì)隔離輸出電壓進(jìn)行良好的負(fù)載調(diào)節(jié)。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)際上是利用變壓器的漏感來提供軟開關(guān)，大大降低了主開關(guān)中的開關(guān)損耗。漏感對(duì)輸出調(diào)節(jié)的影響可以通過耦合電容有效調(diào)諧，這一事實(shí)允許使用高隔離變壓器，其初級(jí)和次級(jí)位于不同的線軸上。這導(dǎo)致非常低的耦合電容以實(shí)現(xiàn)低系統(tǒng)噪聲和高增強(qiáng)（幾千伏）隔離以實(shí)現(xiàn)安全目的。軟開關(guān)與耦合電容對(duì)漏感的調(diào)諧相結(jié)合，將漏感從敵人變成了朋友。
    這種方法確實(shí)需要一個(gè)穩(wěn)定的輸入直流電壓來供電，以避免二次側(cè)調(diào)節(jié)的需要。使用雙開關(guān)半橋（用于此處所需的低功率水平），將輸入電壓的二分之一的方波施加到變壓器初級(jí)。對(duì)于汽車應(yīng)用，通常有 12 V 或 24 V 的穩(wěn)壓直流電壓用于其他用途。如果需要預(yù)穩(wěn)壓器，一個(gè)簡(jiǎn)單的單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器將提供穩(wěn)定的 15V 或 24V 輸入電源。這種預(yù)穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)通常比抑制由低泄漏反激式變壓器引起的系統(tǒng)噪聲的挑戰(zhàn)要小得多。

    已發(fā)布的 UCC25800-Q1 設(shè)計(jì)示例包括“用于牽引逆變器應(yīng)用的預(yù)穩(wěn)壓隔離式驅(qū)動(dòng)器偏置電源參考設(shè)計(jì)”：四個(gè)輸出、6 W 總功率為 30 V（如圖1和圖 2 所示）和“隔離式 IGBT 和適用于牽引逆變器應(yīng)用的 SiC 驅(qū)動(dòng)器偏置電源參考設(shè)計(jì)”，+16 V/–5V 可實(shí)現(xiàn) 24 V 的 6.6-W。絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 和碳化硅 (SiC) 驅(qū)動(dòng)器參考設(shè)計(jì)中使用的變壓器只有 1.3-pF 的典型初級(jí)到次級(jí)電容，而類似功率的反激式變壓器的典型值為 20pF。電容減少 10 倍以上表示系統(tǒng)中的噪聲傳播至少減少 20 dB。的初級(jí)和次級(jí)接口是變壓器。

    圖 1來自預(yù)穩(wěn)壓參考設(shè)計(jì)原理圖——隔離式四輸出轉(zhuǎn)換器。資料

    圖 2預(yù)穩(wěn)壓參考設(shè)計(jì)組裝板，包括來自 6 V IN 的升壓電路。資料
    對(duì)于從負(fù)載的 10% 到 100% 的負(fù)載，四個(gè)輸出的輸出調(diào)節(jié)在 16.25 V 到 17.27 V 的范圍內(nèi)變化。
    當(dāng)您需要低于 2 W 的隔離電源時(shí)，一種更簡(jiǎn)單的方法：UCC14240-Q1
    一種更簡(jiǎn)單的方法是集成變壓器和次級(jí)到初級(jí)反饋的獨(dú)立隔離式轉(zhuǎn)換器 IC，只需輸入/輸出電容器和分壓器即可設(shè)置正輸出和負(fù)輸出。功率級(jí)包括一個(gè)初級(jí)側(cè)全橋、一個(gè)具有非常低的初級(jí)到次級(jí)電容（約為 3.5 pF 以限度地減少系統(tǒng)噪聲耦合）的隔離變壓器，以及一個(gè)全橋輸出整流器。選擇 13 MHz 的開關(guān)頻率既可以實(shí)現(xiàn)這種低初級(jí)到次級(jí)電容，又可以將其自身的開關(guān)噪聲很好地排除在汽車應(yīng)用的任何關(guān)注頻段之外。IC 的內(nèi)部反饋允許輸入電壓與標(biāo)稱值的變化超過 ±10%，并且仍然提供在標(biāo)稱輸出的 1.3% 以內(nèi)的良好調(diào)節(jié)的正電壓和負(fù)電壓。

    UCC14240-Q1 的工作電壓為 21 V IN至 27 V IN，目標(biāo)是牽引逆變器、車載充電器和電機(jī)控制中 IGBT 和 SiC 金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，典型正電壓為 +15 V開啟設(shè)備，以及 –5V 的典型負(fù)電壓關(guān)閉設(shè)備。但是，在 18V 至 25V 的總電壓范圍內(nèi)允許使用其他正負(fù)電壓組合。

    圖 3、圖 4和圖 5顯示了一個(gè)獨(dú)立的高隔離示例，其中計(jì)劃的 3,000-V RMS隔離作為“ SPI 可編程?hào)艠O驅(qū)動(dòng)器和偏置電源參考設(shè)計(jì)”的一部分。U1 是實(shí)際的 DC/DC 隔離電源，U3 是智能隔離柵極驅(qū)動(dòng)器，帶有 Q1 和 L1 的 U2 是汽車電池到直流轉(zhuǎn)換器。請(qǐng)注意 8 毫米初級(jí)到次級(jí)隔離谷。

    圖 3來自汽車“具有集成變壓器參考設(shè)計(jì)的 SPI 可編程?hào)艠O驅(qū)動(dòng)器和偏置電源”原理圖——隔離式 +15V/–5V 轉(zhuǎn)換器。資料

    圖 4汽車 SPI 可編程參考設(shè)計(jì)組裝板。資料

    圖 5負(fù)載為 1.6W 的汽車 SPI 可編程參考設(shè)計(jì)熱圖像。資料