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  • 偏置电源在电源中很重要。在电源内部,需要偏置电源给 IC 加电。在电源外部,可能需要偏置电源给系统中的 MCU 和/或其它局部电源加电。  很多低电压 IC(额定电压小于 100V DC)都将偏置电源集成到该 IC 内部。...
  • 本文阐述了直流偏置电源对敏感模拟应用中所使用运算放大器产生的影响,此外还涉及了电源排序及直流电源对输入失调电压的影响。另外,本文还介绍了一种通过线性稳压器轻松实施追踪分离电源的方法,以帮助最小化直流...
  • 偏置电源有几种设计方法。今天,我将介绍在 AC-DC 应用中实现偏置电源的 3 种选项:线性、降压转换器或反激式转换器。
  • Zetex Semiconductors近日推出一款可满足预偏置电源电路需求的新型高压MOSFET器件ZXMN0545G4。该产品是一种450V增强型N沟道器件,可用于简单的线性稳压器,在启动阶段为脉宽调制IC提供电源,然后在转换器完全启动后...
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  • 微型半导体激光器高压偏置电源设计.pdf
  • LinkSwitch-CV 最高12 W的仅恒压适配器和偏置电源
  • 想过使用一个单端初级电感转换器 (SEPIC) 拓扑结构来构建偏压电源吗?如果不需要隔离,那么这种想法还是行的通的。SEPIC 拥有诸多特性,从而使其比非隔离式反向结构更具吸引力。
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  • 针对传统非隔离型电荷泵电路驱动能力有限、安全性低以及隔离型反激式拓扑闭环反馈控制复杂、多绕组输出交叉调整率等问题,文中介绍了一种基于同步整流Fly-Buck拓扑的隔离型偏置电源。分析了Fly-Buck变换器的工作原理...
  • 您想过使用一个单端初级电感转换器 (SEPIC) 拓扑结构来构建偏压电源吗?如果您不需要隔离,那么这种想法还是行的通的。SEPIC 拥有诸多特性,从而使其比非隔离式反向结构更具吸引力。控制 MOSFET 和输出整流器振铃可...
  • 行业资料-电子功用-带偏置电源的功率半导体器件的检测电路.zip
  • 本文提供的参考设计用于实现APD偏置电源及其电流监测。基于MAX15031 DC-DC转换器,该电路能够将2.7V至11V范围的输入电压经过DC-DC电源转换器后得到一个70V、4mA电源。 本文列出了参考设计的主要规格、详细的原理图...
  • 摘要:本文提供的参考设计用于实现APD偏置电源及其电流监测。基于MAX15031 DC-DC转换器,该电路能够将2.7V至11V范围的输入电压经过DC-DC电源转换器后得到一个70V、4mA电源。  下面列出了参考设计的主要规格、详细...
  • 关键字:应用半导体电源如果不需要隔离,那么就考虑使用一个SEPIC拓扑来构建偏压电源。作者:RobertKollman您想过使用一个单端初级电感转换器(SEPIC)拓扑结构来构建偏压电源吗?如果您不需要隔离,那么这种想法还是...
  • 在本《电源设计小贴士》中,我们将研究一款可将高 AC 输入电压转换为可用于电子能量计等应用的低 DC 电压简单电路。在这种特殊的应用中,无需将输出电压隔离于输入电压。此处,经过整流的 AC 输入电压可高达 375 VDC...
  • 步降稳压器提供了一种低成本的解决方案,但在使用高电压输入实施时却充满挑战。在连续模式下,该降压稳压器的...如果我们在100kHz下运行电源,则需要125nS的导通时间,而由于开关速率限制的存在其通常是不切实际的。
  • 在本《电源设计小贴士》中,我们将研究一款可将高 AC 输入电压转换为可用于电子能量计等应用的低 DC 电压简单电路。在这种特殊的应用中,无需将输出电压隔离于输入电压。
  • 此参考设计是一种 2W 偏压电源,适用于要求在宽输入范围 (110 - 500VAC) 操作的应用。此设计的小巧外形 (69mm x 26mm) 和高效率使其十分适合电子计量应用。此设计中提供的信息可通过提供重要测试数据(如效率、输出...
  • 在本文中,我们将研究一款可将高 AC 输入电压转换为可用于电子能量计等应用的低 DC 电压简单电路。
  • 对于设计人员来说,在隔离栅内移动信号和电源是一项常见的挑战。为了提高安全性和抗噪性能,或产生较大的电势差,可能需要在不同的系统域之间进行隔离。例如,手机充电器通过内部隔离,可在连接器短路时防止用户触电...
  • 本文提供的参考设计用于实现APD偏置电源及其电流监测。基于MAX15031(MAX 15031数据手册)DC-DC转换器,该电路能够将2.7V至11V范围的输入电压经过DC-DC电源转换器后得到一个70V、4mA电源。 本文列出了参考设计的主要...
  • 这是用于13V / 18V LNB偏置电压电源的PCB,设计用于Minitiouner V2硬件。 存在单个稳压器,但是可以轻松在两个通道上提供100mA LNB。 输入可用于启用/禁用以及13V / 18V选择。 还提供了“故障” LED指示灯的输出。...
  • 摘要:本文提供的参考设计用于实现APD偏置电源及其电流监测。基于MAX15031 DC-DC转换器,该电路能够将2.7V至11V范围的输入电压经过DC-DC电源转换器后得到一个70V、4mA电源。  下面列出了参考设计的主要规格、详细...
    摘要:本文提供的参考设计用于实现APD偏置电源及其电流监测。基于MAX15031 DC-DC转换器,该电路能够将2.7V至11V范围的输入电压经过DC-DC电源转换器后得到一个70V、4mA电源。
    

      下面列出了参考设计的主要规格、详细的原理图(图1)以及材料清单(表1)。

      设计规格与配置

      2.7V至11V较宽的输入电压范围

      70V输出电压

      4mA输出电流

      400kHz固定开关频率

      -40°C至+125°C工作温度范围

      微型、8mm x 12mm电路板尺寸

      参考设计原理图

      图1所示为参考设计的原理图,输入电压范围为2.7V至5.5V。将CP引脚连接到VIN、去掉电荷泵电容(C3),该电路可接受5.5V至11V输入范围。

     

      图1. MAX15031升压转换器原理图,FSW = 400kHz (固定)。

      表1. 材料清单(BOM) Designator Value Description Part Footprint Manufacturer Quantity

     

      表示本设计性能的波形图

      图2和图3给出了图1所示电路的工作性能,从LX节点的电压波形可以看出,转换器工作在非连续模式。输入(VIN)保持为3.3V,电路设计为产生70V输出电压(VOUT)。

     

      图2. 3.3V输入时的VIN (通道1)、VOUT (通道2)和APD (通道3)。

     

      图3. VIN = 3.3V、APD电流为4mA时的LX节点电压(通道1)、VOUT (通道2)和APD输出(通道3)。

     

      图4. VIN = 3.3V、APD电流为4mA时的输入纹波(通道1)和输出纹波(通道2)。

      图4给出了输入电压为3.3V、负载电流为4mA时,输入(VIN)纹波和输出(VOUT)纹波。

      图5所示波形是当输出电流到达电流门限时RLIM引脚的电压波形。此时的电流门限设置在4mA,达到电流门限时,RLIM两端的电压为1.245V。

     

      图5. APD电流为4mA时的APD输出(通道2)、VIN (通道3)以及APD电流监测输出(即RLIM两端电压) (通道4)。

      效率测试

      输入电压为3.3V和5V,负载电流在0至4mA范围变化时,对测试结果进行计算得到系统的整体效率,图6所示为70V输出条件下的效率曲线。

     

      图6. 3.3V和5V输入时,效率与负载电流的对应关系曲线。

      PCB设计

      图7所示为参考设计布局,仅占用12mm x 8mm极小的电路板尺寸。图8和图9分别显示了顶层和底层元件布局。

     

      图7. 参考设计电路板布局,尺寸为12mm x 8mm。

     

      图8. 顶层元件布局

     

      图9. 底层元件布局

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  • 电源运放为什么需要加偏置,如何加偏置? 1、运放差分输入端可以看做是一个镜像的电流源,如下图: 如果使用单电源供电时,也就是IS1的最终流向是地,如果输入信号是交流信号,那么负半轴的信号并不能让输入端的...

    单电源运放为什么需要加偏置,如何加偏置?
    1、运放差分输入端可以看做是一个镜像的电流源,如下图:
    在这里插入图片描述
    如果使用单电源供电时,也就是IS1的最终流向是地,如果输入信号是交流信号,那么负半轴的信号并不能让输入端的Q1/Q2处于线性工作状态,会出现严重的放大失真。
    2、通过在差分输入端加入偏置电压可以有效解决该问题。通常偏置最好是Vcc/2,而且为了更好的放大,偏置最好用电源产生,不要使用电阻分压。电阻分压会对放大有影响,对输入信号阻抗也会产生影响。
    下面通过仿真来看下有偏置和没偏置的影响。
    **有偏置:
    在这里插入图片描述
    信号源10mV,60Hz波形,使用同向放大,从波形上看的出来相位相同。
    输出端一定会带有2.5V的直流点位在,因为加了偏置就是2.5V,看到的波形大小不一样,是因为不同通道使用的档位不一样,但是可以从中间栏信号值观察;
    蓝色信号是隔直电容后的信号值,P-P值110mV左右,放大11倍。
    无偏置:
    在这里插入图片描述
    1、蓝色波形出现了严重的负半轴失真现象,而且放大倍数远远低于11倍。
    这就是单电源供电运放有无偏置下的放大影响。

    备注:
    1、同向输入端串联的电阻R3主要是为了补偿反向输入端因为偏置电流产生的电压影响,设计的过程中建议加上,如果放大倍数大的情况下是能起到很好的补偿作用,常见于跨阻运放对光电流进行放大,同时这也是一种好的习惯。

    2、如果是反向放大的,信号源直接接反向端即可。
    在这里插入图片描述
    放大后的信号与原始信号相位相差180度。

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  • 编者按: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。电子设计人员...

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    编者按:

    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。

    电子设计人员使用的工具箱日新月异。要找到适合工作的工 具,不仅需要了解手头上的任务和现有工具,还要知道如何充分利用这些工具。

    对于设计人员来说,在隔离栅内移动信号和电源是一项常见 的挑战。为了提高安全性和抗噪性能,或产生较大的电势差, 可能需要在不同的系统域之间进行隔离。例如,手机充电器通 过内部隔离,可在连接器短路时防止用户触电。

    在工厂机器人等其他应用中,敏感控制电路单独接地,并与产 生较大直流电流、噪声和接地反弹的电机隔离。 通常在整个隔离栅中进行通信和感应。具有控制器局域网 (CAN) 或 CAN 灵活数据速率 (FD) 协议通信的汽车应用,通过 集成了隔离组件和收发器组件的隔离式 CAN 收发器,可将这 类信号与汽车的高压侧隔离。

    工业应用也可以使用 CAN 协议和 RS-485 协议实现长 距离串行通信。与隔离 CAN 和 CAN FD 信号类似,设计人员 可使用专为 RS-485 协议设计的隔离式收发器。保护继电器使 用隔离式电流和电压传感器感应整个电网中的电力输送。牵引逆变器和电机驱动器接收电机控制器发出的 脉宽调制信号,然后信号经过隔离器向栅极驱动器发出开启 或关闭绝缘栅双极晶体管的指令。

    通过提供从隔离栅一侧到另一侧的偏置电源,隔离式偏置转 换器可实现隔离通信和感应。电流和电压传感器、数字隔离器 和栅极驱动器通常需要 15W 以下甚至低至几十毫瓦的电源。

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    图 1 所示为上述每种应用的示例

    隔离式直流/直流偏置电源要求 无论是具有外部电源开关的控制器、将一个控制器与多个电 源开关集成的转换器,还是将多个控制器、电源开关和变压器 集成为一体的电源模块, 都有许多可提供隔离式偏置电源的解决方案。由于偏置电源 解决方案种类广泛,涉及的应用也是多种多样,为了以超低成 本符合各类规范,全面了解各种应用要求是非常重要的。

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    表 1. 隔离式偏置转换器规范示例

    设计人员至少应了解偏置电源输入电压范围、输出电压和输出功率要求。一些应用将需多个偏置电压,因此确定每个输出的可接受调节范围至关重要。隔离等级、环境工作温度范围、电磁干扰 (EMI) 和电磁兼容性 (EMC) 等系统要求会进一步驱动 设计决策。表 1 从极为广泛的角度展示了隔离式偏置转换器 的四种示例规范。

    下面我们来看隔离式偏置电源拓扑的部分示例。

    反激式

    反激式转换器是一种众所周知的拓扑结构,数十年来应用广 泛。这种电源转换器具有灵活性和低成本等特点,可用于多种应用。凭借集成场效应晶体管 (FET) 和初级侧控制等增强功能,这种拓扑结构更加备受瞩目。

    与正激、推挽和半桥等降压拓扑相比,反激拓扑仅需要一个初 级开关、一个整流器和一个类似变压器的耦合电感器。 图 2 所示为转换器的简化原理图。初级开关打开时, 输入电压则施加在初级绕组上,在变压器气隙内储存能量。在 这种情况下,仅输出电容器给输出负载供电。初级开关关闭 时,储存在变压器中的能量则通过整流器输送到次级侧,为负 载和输出电容器供电。

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    图 2. 反激式转换器

    反激式转换器完全可用作偏置转换器,原因如下:反激式转换 器能在一个转换级内实现调节和隔离,也可灵活用于多个输出。您可选择输出绕组数量,然后在变压器上缠绕线圈,来匹配您所选的配置。输出绕组电压是占空比与初级绕组和次级 绕组匝数比的函数。也可以将每一输出端作为不同的接地基准点,从而满足系统隔离要求。反激式转换器的其他优势包括 成本相对较低、具有宽的输入输出工作电压范围。

    为了实现最佳性能,应对反激式变压器进行合理设计。变压器 应良好耦合且漏感低,从而提高效率、实现最优调节,尤其是在多输出的情况下。 此外,还有必要限制初级侧与次级侧间 的寄生电容,从而防止产生过多的电磁干扰 (EMI)。

    Fly-Buck™ 转换器

    Fly-Buck 转换器是德州仪器 (TI) 用于搭建隔离式偏置电源 的专用拓扑,其工作输入电压可高达 100V。

    与反激式转换器一样,金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 通常集成在集成电路 (IC) 中,可轻松实现初级侧 控制。 图 3 所示为 Fly-Buck转换器。 此拓扑采用同步降压转 换器与耦合电感器,可产生一个或多个隔离式输出。高侧开关 打开时,初级侧作为降压转换器运行,而次级绕组电流为零。 高侧开关关闭且低侧开关打开时,初级侧利用其储存的能量 对次级侧供电。

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    图 3. Fly-Buck™ 转换器

    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。

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    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。

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    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。

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    图 6. UCC12050 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。

    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。

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    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。

    福利

    如需完整版白皮书报告,请留言告诉我们,稍后会有工作人员跟进。

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  • 对于设计人员来说,在隔离栅内移动信号和电源是一项常见的挑战。为了提高安全性和抗噪性能,或产生较大的电势差, 可能需要在不同的系统域之间进行隔离。例如,手机充电器通 过内部隔离,可在连接器短路时防止用户...

    对于设计人员来说,在隔离栅内移动信号和电源是一项常见的挑战。为了提高安全性和抗噪性能,或产生较大的电势差, 可能需要在不同的系统域之间进行隔离。例如,手机充电器通 过内部隔离,可在连接器短路时防止用户触电。

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    在工厂机器人等其他应用中,敏感控制电路单独接地,并与产生较大直流电流、噪声和接地反弹的电机隔离。通常在整个隔离栅中进行通信和感应。具有控制器局域网 (CAN) 或 CAN 灵活数据速率 (FD) 协议通信的汽车应用,通过 集成了隔离组件和收发器组件的隔离式 CAN 收发器,可将这 类信号与汽车的高压侧隔离。工业应用也可以使用 CAN 协议和 RS-485 协议实现长 距离串行通信。与隔离 CAN 和 CAN FD 信号类似,设计人员 可使用专为 RS-485 协议设计的隔离式收发器。保护继电器使 用隔离式电流和电压传感器感应整个电网中的 电力输送。牵引逆变器和电机驱动器接收电机控制器发出的脉宽调制信号,然后信号经过隔离器向栅极驱动器发出开启 或关闭绝缘栅双极晶体管的指令。通过提供从隔离栅一侧到另一侧的偏置电源,隔离式偏置转 换器可实现隔离通信和感应。电流和电压传感器、数字隔离器 和栅极驱动器通常需要 15W 以下甚至低至几十毫瓦的电源。 图 1 所示为上述每种应用的示例。

    隔离式直流/直流偏置电源要求无论是具有外部电源开关的控制器、将一个控制器与多个电 源开关集成的转换器,还是将多个控制器、电源开关和变压器集成为一体的电源模块,都有许多可提供隔离式偏置电源的解决方案。由于偏置电源 解决方案种类广泛,涉及的应用也是多种多样,为了以超低成 本符合各类规范,全面了解各种应用要求是非常重要的。

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    设计人员至少应了解偏置电源输入电压范围、输出电压和输 出功率要求。一些应用将需要多个偏置电压,因此确定每个输 出的 可接受调节范围至关重要。隔离等级、环境工作温度范围、电 磁干扰 (EMI) 和电磁兼容性 (EMC) 等系统要求会进一步驱动 设计决策。表 1 从极为广泛的角度展示了隔离式偏置转换器 的四种示例规范。 下面我们来看隔离式偏置电源拓扑的部分示例。

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    反激式

    反激式转换器是一种众所周知的拓扑结构,数十年来应用广 泛。这种电源转换器具有灵活性和低成本等特点,可用于多种 应用。凭借集成场效应晶体管 (FET) 和初级侧控制等增强功 能,这种拓扑结构更加备受瞩目。 与正激、推挽和半桥等降压拓扑相比,反激拓扑仅需要一个初 级开关、一个整流器和一个类似变压器的耦合电感器。 图 2 所示为转换器的简化原理图。初级开关打开时, 输入电压则施加在初级绕组上,在变压器气隙内储存能量。在 这种情况下,仅输出电容器给输出负载供电。初级开关关闭 时,储存在变压器中的能量则通过整流器输送到次级侧,为负 载和输出电容器供电。

    反激式转换器完全可用作偏置转换器,原因如下:反激式转换 器能在一个转换级内实现调节和隔离,也可灵活用于多个输 出。您可选择输出绕组数量,然后在变压器上缠绕线圈,来匹 配您所选的配置。输出绕组电压是占空比与初级绕组和次级 绕组匝数比的函数。也可以将每一输出端作为不同的接地基 准点,从而满足系统隔离要求。反激式转换器的其他优势包括 成本相对较低、具有宽的输入输出工作电压范围。 为了实现最佳性能,应对反激式变压器进行合理设计。变压器 应良好耦合且漏感低,从而提高效率、实现最优调节,尤其是 在多输出的情况下。 此外,还有必要限制初级侧与次级侧间 的寄生电容,从而防止产生过多的电磁干扰 (EMI)。

    Fly-Buck™ 转换器

    Fly-Buck 转换器是德州仪器 (TI) 用于搭建隔离式偏置电源 的专用拓扑,其工作输入电压可高达 100V。 与反激式转换器一样,金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 通常集成在集成电路 (IC) 中,可轻松实现初级侧 控制。 图 3 所示为 Fly-Buck转换器。 此拓扑采用同步降压转 换器与耦合电感器,可产生一个或多个隔离式输出。高侧开关 打开时,初级侧作为降压转换器运行,而次级绕组电流为零。 高侧开关关闭且低侧开关打开时,初级侧利用其储存的能量 对次级侧供电。

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    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。

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    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。

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    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。

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    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。

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    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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空空如也

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