穿過隔離柵供電：認識隔離式直流/ 直流偏置電源

同步降壓轉(zhuǎn)換器非常普遍，因此 Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器拓撲備受青睞。由于反饋環(huán)路可在初級輸出電壓處閉合，因此該轉(zhuǎn)換器無需附加的輔助繞組或光耦合器進行控制。耦合電感結(jié)構(gòu)靈活，匝數(shù)比、隔離等級、次級繞組數(shù)和 PWM 占空比均可控，因此適用于各種應(yīng)用。

與反激式轉(zhuǎn)換器一樣，耦合電感器也必須合理設(shè)計。一定要注意控制漏感和初級側(cè)與次級側(cè)間的寄生電容。對于需要 100V 以上輸入的應(yīng)用，您可以使用具有外部 MOSFET 的 Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器。

推挽式變壓器驅(qū)動器

推挽式變壓器驅(qū)動器是適用于低噪聲、小型隔離式電源的常用解決方案，由具有嚴格電壓調(diào)節(jié)功能的輸入軌供電，開環(huán)運行，固定占空比 50%。MOSFET 集成到 IC 中，可實現(xiàn)緊湊的磁解決方案。

圖 4 所示為推挽式拓撲。推挽式拓撲是正激式雙端拓撲，有兩個 MOSFET 作為接地基準，因此無需外部自舉電路。與單端正激式轉(zhuǎn)換器類似，F(xiàn)ET 的電壓應(yīng)力是輸入電壓的兩倍。兩個 MOSFET 每隔半個周期切換一次，占空比為 50%，驅(qū)動變壓器具有中間抽頭的繞組。

圖 4. 推挽式變壓器驅(qū)動器。

推挽式變壓器驅(qū)動器是一種普遍的隔離式偏置電源解決方案，原因如下：它具有靈活性，能支持多路輸出；其開環(huán)配置省去了反饋環(huán)路，從而簡化設(shè)計。推挽式變壓器具有較低的初級-次級電容，與反激式和 Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器相比，能降低共模噪聲。另外，推挽式拓撲能更有效地利用變壓器鐵芯的磁化電流，從而實現(xiàn)比反激式和 Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器更小的磁解決方案。

盡管變壓器驅(qū)動器具有許多優(yōu)點，但也應(yīng)注意權(quán)衡利弊。與反激式和 Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器不同，變壓器驅(qū)動器不支持寬輸入電壓范圍，因此需要嚴格調(diào)節(jié)輸入電壓。由于沒有閉合環(huán)路，因此不容易滿足輸出電壓反饋調(diào)節(jié)要求，可能需要低壓降后置穩(wěn)壓器 (LDO)。

電源模塊

電壓模塊具有數(shù)十年的發(fā)展歷史。這類解決方案非常普遍，與分立式實施方式相比，可顯著提高集成度。電源模塊種類繁多，可提供輸入電壓、輸出電壓、輸出功率、輸出數(shù)量、隔離等級和調(diào)節(jié)等選項。

圖 5 所示為某電源模塊內(nèi)部運行的方框圖。其拓撲包括變壓器驅(qū)動器，與分立式拓撲相似。某些器件可能集成一個輸出LDO 用于調(diào)節(jié)。

圖 5. 電源模塊。

電源模塊提供多種選項，可用于大部分隔離式偏置轉(zhuǎn)換器應(yīng)用。由于您無需規(guī)定、設(shè)計或選擇變壓器，因此可大大簡化設(shè)計過程；只需加入輸入和輸出去耦電容器即可開始設(shè)計。同樣，也提供同步、輸出電壓選擇、使能和錯誤信令等其他選項。

您在使用專門配置輸出數(shù)量和變壓器匝數(shù)比的模塊時，靈活性可能會有所降低。與額定環(huán)境溫度為 125°C 的模塊相比，55°C 和 85°C 選項的模塊更受青睞。同樣地，采用完全增強型隔離的模塊數(shù)量也不及采用功能型或基本隔離的模塊。

下一代偏置解決方案

變壓器設(shè)計創(chuàng)新和更高頻率的拓撲允許 IC 設(shè)計人員將變壓器和硅芯片集成到一個 IC 中。終端用戶無需設(shè)計變壓器或降低系統(tǒng)性能，即可獲得小型輕量級的隔離式直流/直流偏置電源。

圖 6 所示為德州儀器 (TI) 偏置電源的方框圖。

UCC12050.盡管 UCC12050 看起來與具有集成功率級和整流器的電源模塊類似，但研究 UCC12050 的運行后發(fā)現(xiàn)，其開關(guān)頻率比電源模塊高很多。

與開關(guān)頻率較低的其他電源相比，UCC12050 的高度和重量都顯著降低。使用內(nèi)部拓撲控制方案，無需 LDO 或外部反饋組件即可實現(xiàn)閉環(huán)運行。

圖 6. UCC12050 隔離式直流/直流偏置電源。

UCC12050 為各種隔離式直流/直流偏置電源應(yīng)用帶來很多優(yōu)勢。其設(shè)計使用 EMI 優(yōu)化型變壓器，初級側(cè)與次級側(cè)之間的電容僅為 3.5pF，采用噪聲控制方案。無需鐵氧體磁珠或LDO，雙層 PCB 解決方案本身即符合 CISPR32 B 類標準。該器件性能強勁，增強型隔離額定值為 5kVrms，額定工作電壓為 1.2kVrms，可在 125°C 環(huán)境溫度下運行。該器件系列還包括 UCC12040，其基本隔離額定值為 3kVrms，額定工作電壓為 800Vrms。

UCC12050 專用于 5V 輸入、3.3V 至 5.4V 輸出、功率為500mW 的應(yīng)用。要求更高輸入或輸出電壓的應(yīng)用將需要前置或后置轉(zhuǎn)換功能。此外，對于要求功率在 UCC12050 降額曲線以上的設(shè)計，應(yīng)了解替代拓撲。

表 2 對上述各種拓撲進行了比較。很明顯，具有外部變壓器的拓撲能帶來最大的靈活性，而電源模塊和 UCC12050 簡便易用。

表 2.隔離式偏置電源拓撲對比。

結(jié)論

您身邊有許多隔離式電源可以選擇，但需要了解輸出數(shù)量、調(diào)節(jié)要求、輸出功率、隔離等級、工作溫度和輸入電壓范圍等系統(tǒng)級規(guī)格。為此，您可以選擇這種成本最低、可滿足所有系統(tǒng)要求的解決方案。

重要聲明：本文所提及德州儀器 (TI) 及其子公司的產(chǎn)品和服務(wù)均依照 TI 標準銷售條款和條件進行銷售。TI 建議用戶在下訂單前查閱全面的全新產(chǎn)品與服務(wù)信息。TI 對應(yīng)用幫助、客戶應(yīng)用或產(chǎn)品設(shè)計、軟件性能或侵犯專利不承擔任何責任。有關(guān)任何其他公司產(chǎn)品或服務(wù)的發(fā)布信息均不構(gòu)成 TI 因此對其的批準、擔?；蛘J可.