兩個(gè)簡(jiǎn)單的隔離電源選項(xiàng)適用于 8 W 或更低功率-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯兩個(gè)簡(jiǎn)單的隔離電源選項(xiàng)，適用于8W或更低功率-設(shè)計(jì)應(yīng)用在這個(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)8W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)1.5W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(jiàn)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(lái)自隔離式轉(zhuǎn)換器開(kāi)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(kāi)關(guān)）的噪聲。這些開(kāi)關(guān)可以每納秒超過(guò)100V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8W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12VDC至24VDC范圍內(nèi)。在連接到交流電源或400和800V電池的電路中需要電源的情況下，需要高隔離額定值（3kV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+15V來(lái)實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)關(guān)開(kāi)啟，大約需要–5V來(lái)實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)關(guān)關(guān)閉，返回端連接到發(fā)射極或源極大功率開(kāi)關(guān)。一個(gè)IC用于多個(gè)輸出和高達(dá)8W：UCC25800-Q1LLC拓?fù)洌▍⒁?jiàn)應(yīng)用說(shuō)明，“使用UCC25800-Q1開(kāi)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(méi)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(lái)提供軟開(kāi)關(guān)，大大降低了主開(kāi)關(guān)中的開(kāi)關(guān)損耗。漏感對(duì)輸出調(diào)節(jié)的影響可以通過(guò)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(kāi)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(lái)供電，以避免二次側(cè)調(diào)節(jié)的需要。使用雙開(kāi)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12V或24V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、6W總功率為30V（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)”，+16V/–5V可實(shí)現(xiàn)24V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20dB。的初級(jí)和次級(jí)接口是變壓器。

圖1來(lái)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：德州儀器

圖2預(yù)穩(wěn)壓參考設(shè)計(jì)組裝板，包括來(lái)自6VIN的升壓電路。資料：德州儀器對(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16.25V到17.27V的范圍內(nèi)變化。當(dāng)您需要低于2W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3.5pF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13MHz的開(kāi)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(kāi)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(guò)±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21VIN至27VIN，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+15V開(kāi)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-VRMS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(lái)自汽車“具有集成變壓器參考設(shè)計(jì)的SPI可編