两个简单的隔离电源选项适用于 8 W 或更低功率-设计应用

精品文档-下载后可编辑两个简单的隔离电源选项，适用于8W或更低功率-设计应用在这个电源技巧中，我想介绍两种方法，它们都可以降低隔离偏置电源中的设计复杂性和噪声耦合。一种方法适用于多个隔离输出和高达8W的总输出功率，它使用电感器-电感器-电容器(LLC)拓扑以及半桥驱动器，例如TI的UCC25800-Q1。第二种方法集成了隔离变压器，适用于高达1.5W和一个隔离输出，使用单个集成电路(IC)，例如TI的UCC14240-Q1。该器件包含电源和反馈隔离，只需要滤波电容器和电阻分压器即可完成设计。隔离电源的复杂性，尤其是在低功率水平下，是一个巨大的成本、尺寸和设计资源负担。常见的低功耗拓扑是反激式转换器。传统的反激式转换器使用光耦合器将次级侧的输出电压反馈到初级侧的控制器IC。出于长期可靠性方面的考虑，低成本光耦合器不适用于要求苛刻的汽车和工业环境。即使采用闭环调节，也只有一个反激输出真正得到完全调节。具有初级侧调节功能的反激式转换器可消除任何光耦合器要求，例如TI的LM5180-Q1。然而，低泄漏变压器的需求及其噪声和隔离挑战仍然存在。对于大多数转换器拓扑结构，低泄漏变压器是有效跨隔离势垒供电的关键。降低变压器漏感的方法，例如紧密耦合的绕组和交错，通常会增加初级到次级的电容。该电容会传播来自隔离式转换器开关本身以及隔离式输出连接到的电路（例如牵引逆变器或车载充电器中的高侧开关）的噪声。这些开关可以每纳秒超过100V的速度上下摆动。此外，在需要高（几千伏）增强隔离和低漏感的变压器中存在显着的成本和尺寸负担。我在这里的重点是大约8W或更少的高度隔离电源需求，其中可用的初级侧电源在12VDC至24VDC范围内。在连接到交流电源或400和800V电池的电路中需要电源的情况下，需要高隔离额定值（3kV均方根[RMS]或更高）才能满足安全隔离。应用示例包括电动汽车和牵引逆变器的车载充电器中的隔离偏置电源，通常需要大约+15V来实现快速开关开启，大约需要–5V来实现快速开关关闭，返回端连接到发射极或源极大功率开关。一个IC用于多个输出和高达8W：UCC25800-Q1LLC拓扑（参见应用说明，“使用UCC25800-Q1开环LLC变压器驱动器的隔离式栅极驱动器的偏置电源设计”")允许在没有反馈的情况下对隔离输出电压进行良好的负载调节。这种拓扑结构实际上是利用变压器的漏感来提供软开关，大大降低了主开关中的开关损耗。漏感对输出调节的影响可以通过耦合电容有效调谐，这一事实允许使用高隔离变压器，其初级和次级位于不同的线轴上。这导致非常低的耦合电容以实现低系统噪声和高增强（几千伏）隔离以实现安全目的。软开关与耦合电容对漏感的调谐相结合，将漏感从敌人变成了朋友。这种方法确实需要一个稳定的输入直流电压来供电，以避免二次侧调节的需要。使用双开关半桥（用于此处所需的低功率水平），将输入电压的二分之一的方波施加到变压器初级。对于汽车应用，通常有12V或24V的稳压直流电压用于其他用途。如果需要预稳压器，一个简单的单端初级电感转换器将提供稳定的15V或24V输入电源。这种预稳压器的设计负担通常比抑制由低泄漏反激式变压器引起的系统噪声的挑战要小得多。已发布的UCC25800-Q1设计示例包括“用于牵引逆变器应用的预稳压隔离式驱动器偏置电源参考设计”：四个输出、6W总功率为30V（如图1和图2所示）和“隔离式IGBT和适用于牵引逆变器应用的SiC驱动器偏置电源参考设计”，+16V/–5V可实现24V的6.6-W。绝缘栅双极晶体管(IGBT)和碳化硅(SiC)驱动器参考设计中使用的变压器只有1.3-pF的典型初级到次级电容，而类似功率的反激式变压器的典型值为20pF。电容减少10倍以上表示系统中的噪声传播至少减少20dB。的初级和次级接口是变压器。

图1来自预稳压参考设计原理图——隔离式四输出转换器。资料：德州仪器

图2预稳压参考设计组装板，包括来自6VIN的升压电路。资料：德州仪器对于从负载的10%到100%的负载，四个输出的输出调节在16.25V到17.27V的范围内变化。当您需要低于2W的隔离电源时，一种更简单的方法：UCC14240-Q1一种更简单的方法是集成变压器和次级到初级反馈的独立隔离式转换器IC，只需输入/输出电容器和分压器即可设置正输出和负输出。功率级包括一个初级侧全桥、一个具有非常低的初级到次级电容（约为3.5pF以限度地减少系统噪声耦合）的隔离变压器，以及一个全桥输出整流器。选择13MHz的开关频率既可以实现这种低初级到次级电容，又可以将其自身的开关噪声很好地排除在汽车应用的任何关注频段之外。IC的内部反馈允许输入电压与标称值的变化超过±10%，并且仍然提供在标称输出的1.3%以内的良好调节的正电压和负电压。UCC14240-Q1的工作电压为21VIN至27VIN，目标是牵引逆变器、车载充电器和电机控制中IGBT和SiC金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极驱动应用，典型正电压为+15V开启设备，以及–5V的典型负电压关闭设备。但是，在18V至25V的总电压范围内允许使用其他正负电压组合。

图3、图4和图5显示了一个独立的高隔离示例，其中计划的3,000-VRMS隔离作为“SPI可编程栅极驱动器和偏置电源参考设计”的一部分。U1是实际的DC/DC隔离电源，U3是智能隔离栅极驱动器，带有Q1和L1的U2是汽车电池到直流转换器。请注意8毫米初级到次级隔离谷。图3来自汽车“具有集成变压器参考设计的SPI可编