两个可实现 8W 或更低功率的简单隔离式电源选项

本期，咱们将聚焦于断绝式帮助电源先容两种方式，能够用于下降断绝式帮助电源中的计划庞杂性跟噪声耦合。本文援用地点：种种百般的产业跟汽车体系都市应用断绝式帮助电源。在年夜少数应用反激式或推挽式转换器来实现断绝式帮助电源的现无方法中（请参阅德州仪器 (TI) “混杂能源汽车/电动汽车的断绝式帮助电源架构跟拓扑衡量”跟“存在 3 种 IGBT/SiC 帮助电源处理计划的混杂能源汽车/电动汽车牵引逆变器功率级参考计划”），都须要停止大批的计划任务，而且依附于低泄电感断绝变压器。在本期电源计划小贴士中，我将先容两种方式，它们都能够下降断绝式帮助电源中的计划庞杂性跟噪声耦合。一种方式实用于多个断绝式输出跟高达 8W 总输出功率，它应用电感器-电感器-电容器 (LLC) 拓扑，以及半桥驱动器，如 TI 的 UCC25800-Q1。第二种方式集成有断绝变压器，实用于高达 1.5W 的功率跟一个断绝式输出，它采取单一集成电路 (IC)，如 TI 的 UCC14240-Q1。该器件同时包括电源跟反应断绝，仅需滤波电容器跟电阻分压器即可实现计划。因为断绝式电源的庞杂性，尤其是在低功率程度下，将会形成宏大的本钱、尺寸跟计划资本累赘。最罕见的低功耗拓扑是反激式转换器。惯例反激式转换器应用光耦合器，将输出电压从次级侧反应回低级侧上的把持器 IC。因为临时牢靠性成绩，低本钱光耦合器不合适在请求刻薄的汽车跟产业情况当选用。即便采取闭环调理，也只会真正完整调理此中一个反激式输出。能够采取具有低级侧调理的反激式转换器，打消任何光耦合器请求，如 TI 的 LM5180-Q1。但是，对低泄电变压器的需要及其在噪声跟断绝方面的挑衅依然存在。在年夜少数转换器拓扑中，低泄电变压器是穿过断绝栅高效输电的要害。一些方式能够增加变压器泄电感，如严密耦合的绕组跟交织，它们平日会增添低级到次级电容。该电容会传布来自断绝式转换器开关自身以及断绝式输出所衔接电路（如牵引逆变器或车载充电器中的高侧开关）的噪声。这些开关可能以超越每纳秒 100V 的幅度高低摆动。别的，在须要高压（数千伏）加强断绝跟低泄电感的变压器中，会形成明显的本钱跟尺寸累赘。我这里将重点存眷大概为 8W 或更低的高度断绝电源需要，此时可用的低级侧电源范畴为 12VDC 至 24VDC。当衔接到交换电源或 400V 跟 800V 电池的电路中须要电源时，高断绝额外值（3kV 均方根 [RMS] 或更高）是满意保险断绝请求所必须的。利用示例包含，电动汽车车载充电器跟牵引逆变器中的断绝式帮助电源，它们平日须要大概 +15V 的电压来实现疾速开关导通，须要大概 –5V 的电压来实现疾速开关关断，而且回路衔接到年夜功率开关的发射极或源极。一个 IC 实现多个输出跟高达 8W 的功率：UCC25800-Q1应用 LLC 拓扑（请参阅利用手册“采取 UCC25800-Q1 开环 LLC 变压器驱动器的断绝式栅极驱动器帮助电源计划”），可在不反应的情形下实现断绝式输出电压的精良负载调理。此拓扑现实上应用变压器的泄电感来供给软开关，能够年夜幅下降主开关中的开关消耗。经由过程耦合电容，现实上能够打消泄电感对输出调理的影响，因而能够应用高压断绝变压器，使低级侧跟次级侧分辨位于独自的线轴上。这使得耦合电容十分低，从而实现低体系噪声跟高压（数千伏）加强断绝，满意保险需要。软开关与经由过程耦合电容器打消泄电感相联合，能够将泄电感召敌为友。这种方式确切须要稳固的输入直流电源来供电，从而防止对次级侧调理的需要。在应用双开关半桥（用于此地方需的低功率程度）的情形下，会将一半输入电压的方波施加到变压器低级侧。在汽车利用中，平日会有 12V 或 24V 稳压直流电压以用于其余用处。假如前置稳压器必弗成少，则简略的单端低级电感转换器将会供给稳固的 15V 或 24V 输入电源。比拟把持低泄电反激式变压器惹起的把持体系噪声这一挑衅，此前置稳压器的计划累赘平日要小得多。已宣布的 UCC25800-Q1 计划示例包含，“实用于牵引逆变器利用的预调理断绝式驱动器帮助电源参考计划”：四个输出，30V 下统共 6W（如图 1 跟图 2 所示）；以及“实用于牵引逆变器利用的断绝式 IGBT 跟 SiC 驱动器帮助电源参考计划”，采取 +16V/–5V，实现 24V 下最年夜 6.6W。绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 跟碳化硅 (SiC) 驱动器参考计划中应用的变压器仅存在 1.3pF 典范值的低级到次级电容，而相似功率的反激式变压器的典范值为 20pF。这一超越 10 倍的电容减小幅度，表现体系中的噪声分散至少会下降 20dB。仅有的低级跟次级接口是变压器。图 1. 来自预调理参考计划道理图断绝式四输出转换器图 2. 预调理参考计划拆卸板，包括输入电压为 6VIN 的升压电路在负载为 10% 最年夜负载至 100% 最年夜负载的范畴内，四个输出的输出调理从 16.25V 到 17.27V 不等。须要低于 2W 断绝式电源时的一种更简略的方式：UCC14240-Q1更为简略的方式是应用自包括断绝式转换器 IC，此中集成有变压器跟次级到低级反应，只存在设置正负输出所需的输入/输出电容器跟分压器。功率级包含一个低级侧全桥、一个存在极低低级到次级电容（约为 3.5pF）以尽可能下降体系噪声耦合的断绝变压器，以及一个全桥输出整流器。经由过程抉择 13MHz 开关频率，可实现这种低低级到次级电容，并使其本身的开关噪声阔别汽车利用中任何须要存眷的频带。IC 的外部反应使输入电压可能与标称电压相差 ±10% 以上，而且依然供给精良调理的正负电压，到达标称输出的 1.3% 以内。此 IC 标明拓扑庞杂性（完整包括在 IC 中）不会形成计划累赘。UCC14240-Q1 在 21VIN 至 27VIN 下任务，实用于牵引逆变器、车载充电器跟电机把持中 IGBT 跟 SiC 金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极驱动利用，它应用 +15V 典范正电压来导通器件跟 –5V 典范负电压来关断器件。不外，也容许 18V 至 25V 总电压范畴内的其余正负电压组合。图 3、图 4 跟图 5 展现了一个自包括高断绝示例，该示例存在 3000VRMS 打算断绝，是“SPI 可编程栅极驱动器跟帮助电源参考计划”的一局部。U1 是现实的直流/直流断绝式电源，U3 是智能断绝式栅极驱动器，而存在 Q1 跟 L1 的 U2 是汽车电池到直流转换器。请留神 8mm 低级到次级断绝谷。图 3. 来自汽车类“带集成变压器的SPI 可编程栅极驱动器跟帮助电源参考计划”道理图断绝式 +15V/–5V 转换器图 4. 汽车类 SPI 可编程参考计划拆卸板图 5. 1.6W 负载汽车类 SPI 可编程参考计划热图像凭仗这两种方式，为年夜功率逆变器跟电池充电器中的栅极驱动器供给断绝式电源远构不成一种计划挑衅，而额定的利益是还能够增加体系级射频噪声。第一种方式可实现经由过程单个 IC 来把持多个断绝式输出。在第二种方式中，仅存在滤波电容器跟分压电阻器的单一 IC 便能够供给完全的断绝式电源处理计划。 　　申明：新浪网独家稿件，未经受权制止转载。 -->