穿过隔离栅供电：认识隔离式直流/ 直流偏置电源

同步降压转换器非常普遍，因此 Fly-Buck 转换器拓扑备受青睐。由于反馈环路可在初级输出电压处闭合，因此该转换器无需附加的辅助绕组或光耦合器进行控制。耦合电感结构灵活，匝数比、隔离等级、次级绕组数和 PWM 占空比均可控，因此适用于各种应用。

与反激式转换器一样，耦合电感器也必须合理设计。一定要注意控制漏感和初级侧与次级侧间的寄生电容。对于需要 100V 以上输入的应用，您可以使用具有外部 MOSFET 的 Fly-Buck 转换器。

推挽式变压器驱动器

推挽式变压器驱动器是适用于低噪声、小型隔离式电源的常用解决方案，由具有严格电压调节功能的输入轨供电，开环运行，固定占空比 50%。MOSFET 集成到 IC 中，可实现紧凑的磁解决方案。

图 4 所示为推挽式拓扑。推挽式拓扑是正激式双端拓扑，有两个 MOSFET 作为接地基准，因此无需外部自举电路。与单端正激式转换器类似，FET 的电压应力是输入电压的两倍。两个 MOSFET 每隔半个周期切换一次，占空比为 50%，驱动变压器具有中间抽头的绕组。

图 4. 推挽式变压器驱动器。

推挽式变压器驱动器是一种普遍的隔离式偏置电源解决方案，原因如下：它具有灵活性，能支持多路输出；其开环配置省去了反馈环路，从而简化设计。推挽式变压器具有较低的初级-次级电容，与反激式和 Fly-Buck 转换器相比，能降低共模噪声。另外，推挽式拓扑能更有效地利用变压器铁芯的磁化电流，从而实现比反激式和 Fly-Buck 转换器更小的磁解决方案。

尽管变压器驱动器具有许多优点，但也应注意权衡利弊。与反激式和 Fly-Buck 转换器不同，变压器驱动器不支持宽输入电压范围，因此需要严格调节输入电压。由于没有闭合环路，因此不容易满足输出电压反馈调节要求，可能需要低压降后置稳压器 (LDO)。

电源模块

电压模块具有数十年的发展历史。这类解决方案非常普遍，与分立式实施方式相比，可显著提高集成度。电源模块种类繁多，可提供输入电压、输出电压、输出功率、输出数量、隔离等级和调节等选项。

图 5 所示为某电源模块内部运行的方框图。其拓扑包括变压器驱动器，与分立式拓扑相似。某些器件可能集成一个输出LDO 用于调节。

图 5. 电源模块。

电源模块提供多种选项，可用于大部分隔离式偏置转换器应用。由于您无需规定、设计或选择变压器，因此可大大简化设计过程；只需加入输入和输出去耦电容器即可开始设计。同样，也提供同步、输出电压选择、使能和错误信令等其他选项。

您在使用专门配置输出数量和变压器匝数比的模块时，灵活性可能会有所降低。与额定环境温度为 125°C 的模块相比，55°C 和 85°C 选项的模块更受青睐。同样地，采用完全增强型隔离的模块数量也不及采用功能型或基本隔离的模块。

下一代偏置解决方案

变压器设计创新和更高频率的拓扑允许 IC 设计人员将变压器和硅芯片集成到一个 IC 中。终端用户无需设计变压器或降低系统性能，即可获得小型轻量级的隔离式直流/直流偏置电源。

图 6 所示为德州仪器 (TI) 偏置电源的方框图。

UCC12050.尽管 UCC12050 看起来与具有集成功率级和整流器的电源模块类似，但研究 UCC12050 的运行后发现，其开关频率比电源模块高很多。

与开关频率较低的其他电源相比，UCC12050 的高度和重量都显著降低。使用内部拓扑控制方案，无需 LDO 或外部反馈组件即可实现闭环运行。

图 6. UCC12050 隔离式直流/直流偏置电源。

UCC12050 为各种隔离式直流/直流偏置电源应用带来很多优势。其设计使用 EMI 优化型变压器，初级侧与次级侧之间的电容仅为 3.5pF，采用噪声控制方案。无需铁氧体磁珠或LDO，双层 PCB 解决方案本身即符合 CISPR32 B 类标准。该器件性能强劲，增强型隔离额定值为 5kVrms，额定工作电压为 1.2kVrms，可在 125°C 环境温度下运行。该器件系列还包括 UCC12040，其基本隔离额定值为 3kVrms，额定工作电压为 800Vrms。

UCC12050 专用于 5V 输入、3.3V 至 5.4V 输出、功率为500mW 的应用。要求更高输入或输出电压的应用将需要前置或后置转换功能。此外，对于要求功率在 UCC12050 降额曲线以上的设计，应了解替代拓扑。

表 2 对上述各种拓扑进行了比较。很明显，具有外部变压器的拓扑能带来最大的灵活性，而电源模块和 UCC12050 简便易用。

表 2.隔离式偏置电源拓扑对比。

结论

您身边有许多隔离式电源可以选择，但需要了解输出数量、调节要求、输出功率、隔离等级、工作温度和输入电压范围等系统级规格。为此，您可以选择这种成本最低、可满足所有系统要求的解决方案。

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