1. 引言

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，高壓系統(tǒng)對隔離型DC/DC偏置電源供應(yīng)的需求日益增長。隔離型電源供應(yīng)在保障系統(tǒng)安全、提高抗噪聲能力和適應(yīng)大電位差方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本文旨在深入探討隔離型DC/DC偏置電源供應(yīng)的技術(shù)特點、拓撲結(jié)構(gòu)、新一代解決方案及選擇策略，為相關(guān)領(lǐng)域的設(shè)計師提供參考。
*附件：隔離型DCDC偏置電源供應(yīng)技術(shù)深度剖析.pdf

2. 隔離型DC/DC偏置電源供應(yīng)概述

隔離型DC/DC偏置電源供應(yīng)是指能夠跨越隔離屏障提供穩(wěn)定電源的電子設(shè)備。它廣泛應(yīng)用于手機充電器、工廠自動化、汽車電子、工業(yè)通信等多個領(lǐng)域，確保系統(tǒng)間的安全隔離和穩(wěn)定通信。隔離型電源供應(yīng)的設(shè)計需綜合考慮輸入電壓范圍、輸出電壓、輸出功率、絕緣等級、環(huán)境溫度、電磁干擾（EMI）和電磁兼容性（EMC）等關(guān)鍵因素。

3. 隔離型偏置電源供應(yīng)拓撲結(jié)構(gòu)

3.1 Flyback轉(zhuǎn)換器

Flyback轉(zhuǎn)換器是一種經(jīng)典的隔離型DC/DC拓撲結(jié)構(gòu)，以其靈活性和低成本著稱。該拓撲通過集成場效應(yīng)晶體管（FET）和初級側(cè)控制，進一步提高了轉(zhuǎn)換效率和性能。Flyback轉(zhuǎn)換器適用于多種應(yīng)用場景，但其設(shè)計需特別注意變壓器的耦合程度和漏感控制，以優(yōu)化效率和減少EMI。

3.2 Fly-Buck轉(zhuǎn)換器

Fly-Buck轉(zhuǎn)換器是Texas Instruments特有的拓撲結(jié)構(gòu)，支持高達100V的輸入電壓。該拓撲集成了MOSFET，實現(xiàn)了初級側(cè)控制，簡化了電路設(shè)計。Fly-Buck轉(zhuǎn)換器在提供隔離功能的同時，還具備高效率、低噪聲和寬輸入輸出范圍等優(yōu)點，適用于對體積和性能有較高要求的場景。

3.3 推挽變壓器驅(qū)動器

推挽變壓器驅(qū)動器是一種適用于低噪聲、小體積隔離電源供應(yīng)的拓撲結(jié)構(gòu)。該拓撲通過雙端輸出和50%占空比控制，降低了共模噪聲，提高了變壓器磁芯磁化電流的利用率。然而，推挽變壓器驅(qū)動器對輸入電壓的穩(wěn)定性要求較高，且難以實現(xiàn)寬范圍輸入電壓的調(diào)節(jié)。

3.4 LLC轉(zhuǎn)換器

LLC轉(zhuǎn)換器是從推挽拓撲演變而來的諧振轉(zhuǎn)換器，具有高效率、低EMI和低隔離屏障電容等優(yōu)點。該拓撲在高壓、高功率系統(tǒng)中表現(xiàn)出色，通過串聯(lián)諧振電路實現(xiàn)能量的高效傳輸。LLC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計需關(guān)注變壓器的漏感和耦合程度，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3.5 電源模塊

電源模塊是一種高度集成的隔離型DC/DC解決方案，簡化了設(shè)計過程，降低了系統(tǒng)成本。電源模塊提供了多種輸入電壓、輸出電壓、輸出功率和絕緣等級選項，以滿足不同應(yīng)用的需求。然而，電源模塊在靈活性和可定制性方面相對較弱，適用于對體積和成本有嚴格要求的應(yīng)用場景。

4. 新一代偏置解決方案

隨著技術(shù)的進步，新一代隔離型DC/DC偏置電源供應(yīng)解決方案不斷涌現(xiàn)。其中，將變壓器和硅集成到一個IC中的創(chuàng)新設(shè)計尤為引人注目。這種解決方案不僅顯著減小了電源供應(yīng)的體積和重量，還提高了系統(tǒng)的性能和可靠性。例如，Texas Instruments的UCC12050就是一款集成了高頻變壓器和高效控制電路的隔離型DC/DC偏置電源供應(yīng)，具備優(yōu)化的EMI性能和增強的隔離等級。

5. 拓撲比較與選擇策略

在選擇隔離型DC/DC偏置電源供應(yīng)拓撲時，設(shè)計師應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)級規(guī)格、成本、性能和可靠性等因素。外部變壓器拓撲如Flyback和Fly-Buck轉(zhuǎn)換器提供了最大的靈活性，適用于對輸出電壓和功率有較高要求的應(yīng)用場景。推挽變壓器驅(qū)動器和LLC轉(zhuǎn)換器則更適用于對體積和噪聲有嚴格要求的應(yīng)用場景。電源模塊和集成解決方案如UCC12050則提供了最大的易用性和成本效益，適用于對設(shè)計周期和成本有嚴格限制的應(yīng)用場景。

6. 結(jié)論

隔離型DC/DC偏置電源供應(yīng)在高壓系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色。通過深入了解不同拓撲結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點和適用場景，設(shè)計師可以選擇最合適的解決方案，以滿足系統(tǒng)的安全、性能和成本要求。隨著技術(shù)的不斷進步，新一代隔離型電源供應(yīng)解決方案將為設(shè)計師提供更多選擇，推動電力電子技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

審核編輯 黃宇