通过隔离进行供电：隔离式 DCDC 偏置电源解决方案（二）

上一篇文章介绍了隔离电源的一部分方案，下面还有一些主流的隔离电源方案。

1.推挽式变压器驱动器

推挽式变压器驱动器是低噪声、小尺寸隔离电源的常见解决方案。该解决方案由严格调节的输入轨供电，并在具有固定 50% 影响因子的开环中运行。通过在 IC 内部集成 MOSFET，可以实现小尺寸解决方案。

图 1 显示了推挽拓扑。推挽拓扑是对正向拓扑的修改，其中两个 MOSFET 以地为参考，因此可以使用两侧，并且不需要外部自举电路。类似于电路一侧接地的正向转换器，FET 的电压强度是输入电压的两倍。两个 MOSFET 每半个周期以 50% 的脉冲因数相互切换，驱动连接到变压器中心的绕组。

图 1：推挽变压器驱动器

推挽变压器驱动器是最流行的隔离偏置电源解决方案，这是有充分理由的。这是因为它具有出色的灵活性，可以支持多路输出。开环布置消除了对反馈回路的需要，简化了设计过程。与反激式和反激式转换器相比，推挽式转换器提供较低的初级到次级电容以降低共模噪声。推挽拓扑还更有效地使用变压器的磁芯磁化电流，与反激式或反激式转换器相比，可实现更小的磁性解决方案。

尽管变压器驱动器有许多优点，但重要的是要记住它们也有缺点。与反激式或反激式转换器不同，变压器驱动器不支持宽输入电压范围，需要严格调节的输入电压。由于没有闭环，因此很难满足反馈的输出电压调节要求，因此可能需要 LDO。

2.电源模块

电源模块已经存在了几十年，有很多解决方案。这些解决方案广泛可用，并且提供比分立解决方案高得多的集成度。根据输入电压、输出电压、输出功率、输出数量、绝缘等级和调节选项，有多种类型的电源模块。

图 2 中的框图显示了一个电源模块内部的操作。该拓扑包括一个类似于离散版本的变压器驱动器。某些器件可能包含用于调节的输出 LDO。

图 2：电源模块

电源模块有多种选择，允许电源模块用于大多数隔离式偏置转换器应用。电源模块的使用无需指定、设计或选择变压器，从而大大简化了设计过程。我们只需要一个输入和输出去耦电容器即可开始设计。还提供同步、输出电压选择、激活和故障信号等功能。

但是，如果配置了具体的输出数量和变压器的匝数，则模块的灵活性可能会有所降低。与 55°C 或 85°C 环境温度范围内的模块数量相比，125°C 环境温度范围内的模块数量更少。此外，与提供功能绝缘或基本绝缘的产品数量相比，提供最高级别增强绝缘等级的模块产品数量很少。

3.下一代偏置解决方案

变压器设计和高频拓扑方面的创新使 IC 设计人员能够将变压器和硅集成到单个 IC 中。这允许最终用户实现小型、轻便、隔离的 DC/DC 偏置电源，而无需设计单独的变压器或影响系统性能。

图 3显示了德州仪器UCC12050的框图。乍一看，它看起来像是一个集成了功率级和整流器的电源模块，但仔细观察 UCC12050 的工作原理会发现其开关频率远高于电源模块的开关频率。UCC12050 与其他开关频率较低的电源模块产品相比，可以大大降低高度和重量。内部拓扑控制方案在没有 LDO 或外部反馈组件的情况下运行闭环。

图 3：带有 UCC12050 的隔离式 DC/DC 偏置电源

UCC12050 为各种隔离式 DC/DC 偏置电源应用提供了许多优势。EMI 优化变压器提供的初级到次级电容仅为 3.5pF，并采用低噪声控制方案。该解决方案本身可以满足两层 PCB (PCB) 的 CISPR32 B 类标准，无需使用铁氧体磁珠或 LDO。这款坚固耐用的设备适用于 5 kVrms 和 1.2 kVrms 工作电压范围内的增强绝缘，并在 125°C 的环境温度下工作。相同的产品系列包括UCC12040产品。该器件适用于 3kVrms 和 800kVrms 工作电压范围内的基本隔离。

UCC12050 非常适合需要将 500mW 5V 输入电压转换为 3.3V 至 5.4V 输出电压的应用。需要更高输入或输出电压的应用可能需要预转换或后转换。需要比 UCC12050 降额曲线更高功率的设计应考虑替代拓扑。

表 2 比较了上述拓扑。可以看出，使用外接变压器的拓扑结构灵活，电源模块和UCC12050的易用性非常出色。

表 2：隔离偏置电源拓扑比较

4.总结

有多种选项可用于通过隔离栅提供电源。要在这些选项之间进行选择，了解输出数量、调节条件、输出功率、绝缘额定值、工作温度和输入电压范围等规格非常重要。然后，我们可以选择满足任何系统所需要求的解决方案，同时最大限度地降低成本。