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 内部隔离过多可防止用户在连接器短路时触电。
敏感控制电路在工厂机器人等其他应用中单独接地，与产生大直流电流、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。控制器局域网 (CAN) 或 CAN 数据速率灵活 (FD) 通过协议通信的汽车应用程序 集成了隔离组件和收发器组件的隔离式 CAN 收发器，可以 类信号与汽车高压侧隔离。也可用于工业应用 CAN 协议和 RS-485 协议实现长 串行通信距离。与隔离 CAN 和 CAN FD 设计师信号相似 可使用专为 RS-485 隔离收发器采用协议设计。保护继电器 用隔离电流和电压传感器感应整个电网 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，然后通过隔离器向栅极驱动器发出开启信号 或关闭绝缘栅双极晶体管的说明。隔离偏置转向 更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 通常需要和谐驱动器 15W 以下电源甚至低至几十毫瓦。 图 1 为上述每个应用的示例。
隔离直流/直流偏置电源需要一个控制器和多个电源，无论是外部电源开关的控制器 源开关集成转换器或集成多个控制器、电源开关和变压器的电源模块，有许多解决方案可以提供隔离偏置电源。由于偏置电源 解决方案种类繁多，涉及的应用也多种多样，为 全面了解各种应用要求是非常重要的。
设计师应至少了解偏置电源的输入电压范围 功率要求。一些应用程序需要多个偏置电压来确定每个输出 出的 可接受的调整范围非常重要。隔离等级、环境工作温度范围 磁干扰 (EMI) 与电磁兼容 (EMC) 系统要求将进一步驱动 设计决策。表 1 隔离偏置转换器从极其广泛的角度展示 四种示例规范。 让我们来看看隔离偏置电源拓扑的一些例子。
反激转换器是一种著名的拓扑结构，几十年来得到了广泛的应用 泛。该电源转换器具有灵活性和低成本的特点 应用。晶体管具有集成场效应 (FET) 和初级侧控制等 是的，这种拓扑结构更引人注目。 与正激、推挽、半桥等降压拓扑相比，反激拓扑只需要一个开始 级开关、整流器和类似变压器的耦合电感器。 图 2 这是转换器的简化原理图。初级开关打开时， 在变压器气隙中储存能量的初级绕组上施加输入电压。在 在这种情况下，只有输出电容器供电输出负载。关闭初级开关 当变压器中储存的能量通过整流器输送到二次侧时，为负 负载和输出电容器供电。
反激转换器可作为偏置转换器，原因如下：反激转换器 该装置可以在一个转换级中进行调整和隔离，也可以灵活地用于多个输送 出。您可以选择输出绕组的数量，然后将线圈缠绕在变压器上 配置您选择的配置。输出绕组电压占空比和初级绕组和次级绕组 绕组匝数比函数。每个输出端也可以作为不同的接地基 为满足系统隔离的要求。反激转换器的其他优点包括 成本相对较低，输入输出工作电压范围较宽。 为实现最佳性能，应合理设计反激变压器。变压器 耦合良好，泄漏感低，提高效率，实现最佳调整，特别是 在多输出的情况下。 此外，还需要限制初级侧和次级侧 寄生电容器防止过度电磁干扰 (EMI)。
Fly-Buck 转换器是德州仪器 (TI) 建造隔离偏置电源 工作输入电压可高达 100V。 金属氧化物半导体的场效应与反激转换器相同 (MOSFET) 集成电路通常集成 (IC) 中学可以轻松实现初级侧 控制。 图 3 所示为 Fly-Buck转换器。 拓扑采用同步降压转向 一个或多个隔离输出可以产生一个或多个隔离输出。高侧开关 初级侧作为降压转换器运行，而次级绕组电流为零。 当高侧开关关闭，低侧开关打开时，主侧使用其储存的能量 二次侧供电。
同步降压转换器很常见，所以 Fly-Buck 转换器拓扑受青 睐。由于反馈环路可以关闭初级输出电压，转换器没有 需要额外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、二次绕组数 和 PWM 空比可控，适用于各种应用。 耦合电感器器一样，耦合电感器也必须合理设计。一定要注 控制初级侧和次级侧之间的泄漏感和寄生电容。对于需要 100V 您可以使用上述输入应用程序的外部 MOSFET 的 Fly-Buck 转换器。
推拉式变压器驱动器 推拉式变压器驱动器是适用于低噪声、小型隔离式电源的常 解决方案由输入轨电源，具有严格的电压调节功能，开环运输 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，包括 两个 MOSFET 作为接地基准，无需外部自举电路。 类似于端正激式转换器，FET 电压应力是输入电压的两倍。 个 MOSFET 每半个周期切换一次，占空比为 50%，驱动变 压力机有中间抽头绕组。
推拉式变压器驱动器是一种常见的隔离偏置电源解决方案 原因如下:灵活，能支持多路输出；其开环配置 节省反馈环路，简化设计。推挽式变压器较低 初级-次级电容，反激和 Fly-Buck 与转换器相比，转换器可以减少共享 模噪声。此外，推拉式拓扑可以更有效地利用变压器铁芯的磁化 电流， 实现比反激和 Fly-Buck 转换器较小的磁解决方案。
变压器驱动器虽然有很多优点，但也要注意权衡利弊。与反 激式和 Fly-Buck 变压器驱动器不支持宽输入电 输入电压需要严格调整。因为没有闭合环路，因为 这不容易满足输出电压反馈调节的要求，可能需要低压下降 稳压器 (LDO)。 电源模块 电压模块有几十年的发展历史。这类解决方案非常普遍，与 与分立式实施相比，集成度可以显著提高。电源模块种类繁多 输入电压、输出电压、输出功率、输出数量、隔离等 等级和调整等选项。 图 5 所示为电源模块内运行的方框图。 拓扑包括变压 类似于分立式拓扑的器驱动器。某些器件可能集成一个输出 LDO 用于调节。
电源模块提供多种选项，可用于大多数隔离偏置转换器 用。由于您不需要规定、设计或选择变压器，因此可以大大简化设计 计算过程；设计只需添加输入输出去耦电容器即可。同 样品还提供其他选项，如同步、输出电压选择、使能和错误信令。 当您使用输出配置输出量和变压器匝数比的模块时，灵 可能会降低活动。额定环境温度为 125°C 的模块相 比，55°C 和 85°C 选项模块更受欢迎。同样，使用完全增加 强隔离模块的数量不如功能型或基本隔离模块。
允许变压器设计创新和更高频率的拓扑 IC 设计师会变压 集成器和硅芯片 IC 中。终端用户无需设计变压器或降低变压器 低系统性能可获得小型轻量级隔离直流/ 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 它看起来像一个集成功率级和一个整体 流器的电源模块相似，但研究 UCC12050 运行后发现 开关频率远高于电源模块。 与其他开关频率较低的电源相比，UCC12050 高度和重量 都显着降低。无需使用内部拓扑控制方案 LDO 或外部反馈 组件可实现闭环运行。
UCC12050 许多隔离直流/直流偏置电源的应用 优势。其设计使用 EMI 优化变压器，初级侧和次级侧 的电容仅为 3.5pF，采用噪声控制方案。没有铁氧体磁珠或 LDO，双层 PCB 解决方案本身就是一致的 CISPR32 B 类标准。该 装置性能强，增强型隔离额定值为 5kVrms，额定工作电压 为 1.2kVrms，可在 125°C 在环境温度下运行。该装置系列还包 括 UCC基本隔离额定值为12040 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。应用程序需要更高的输入或输出电压 或后置转换功能。另外，要求功率是 UCC12050 降额 曲线以上的设计应了解拓扑的替代。
表 2 比较上述拓扑。 很明显，有外部变压器 电源模块和 UCC12050 简 便易用。
您周围有许多隔离电源可供选择，但您需要了解输出数量和调整 节要求、输出功率、隔离等级、工作温度和输入电压范围 统级规格。因此，您可以选择成本最低的系统，以满足所有系统 所需的解决方案。