穿過隔離柵供電：認識隔離式直流/ 直流偏置電源

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

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

推挽式變壓器驅動器

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

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。與單端正激式轉換器類似，FET 的電壓應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%，驅動變壓器具有中間抽頭的繞組。

圖 4. 推挽式變壓器驅動器。

推挽式變壓器驅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；其開環配置省去了反饋環路，從而簡化設計。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，從而實現比反激式和 Fly-Buck 轉換器更小的磁解決方案。

盡管變壓器驅動器具有許多優點，但也應注意權衡利弊。與反激式和 Fly-Buck 轉換器不同，變壓器驅動器不支持寬輸入電壓范圍，因此需要嚴格調節輸入電壓。由于沒有閉合環路，因此不容易滿足輸出電壓反饋調節要求，可能需要低壓降后置穩壓器 (LDO)。

電源模塊

電壓模塊具有數十年的發展歷史。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、輸出數量、隔離等級和調節等選項。

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

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換器應用。由于您無需規定、設計或選擇變壓器，因此可大大簡化設計過程；只需加入輸入和輸出去耦電容器即可開始設計。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量和變壓器匝數比的模塊時，靈活性可能會有所降低。與額定環境溫度為 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

變壓器設計創新和更高頻率的拓撲允許 IC 設計人員將變壓器和硅芯片集成到一個 IC 中。終端用戶無需設計變壓器或降低系統性能，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 的運行后發現，其開關頻率比電源模塊高很多。

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

圖 6. UCC12050 隔離式直流/直流偏置電源。

UCC12050 為各種隔離式直流/直流偏置電源應用帶來很多優勢。其設計使用 EMI 優化型變壓器，初級側與次級側之間的電容僅為 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 的應用。要求更高輸入或輸出電壓的應用將需要前置或后置轉換功能。此外，對于要求功率在 UCC12050 降額曲線以上的設計，應了解替代拓撲。

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。

結論

您身邊有許多隔離式電源可以選擇，但需要了解輸出數量、調節要求、輸出功率、隔離等級、工作溫度和輸入電壓范圍等系統級規格。為此，您可以選擇這種成本最低、可滿足所有系統要求的解決方案。

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