6 低壓隔離式偏置電源

在牽引逆變器中，低壓隔離式偏置電源連接到低壓源（例如 12V 或 48V 電池），以在柵極驅(qū)動器的次級側(cè)提供偏置電源。支持三種主要的低壓隔離式偏置電源架構(gòu)。請參閱圖 6-1：

• 全分布式：每個柵極驅(qū)動器連接到單個偏置電源。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)最簡單的 PCB 布線并具有最高的容錯能力，但可能成本更高。
• 集中式：具有多個輸出的單個轉(zhuǎn)換器為所有柵極驅(qū)動器供電。每個柵極驅(qū)動器都可以接收單獨(dú)的隔離式電源（需要 1:6 變壓器）。不過，也可選擇使用單個 1:4 變壓器，為高側(cè)單獨(dú)供電，為低側(cè)共同供電。PWM 驅(qū)動器模塊仍是電源中控制變壓器的核心 IC。該系統(tǒng)的成本可能較低，但需要更大的變壓器，并且由于單點(diǎn)故障而使?jié)M足功能安全分類要求變得復(fù)雜。
• 半分布式：這是兼顧成本和故障冗余的權(quán)衡方案。低側(cè)柵極驅(qū)動器共用一個偏置電源（來自 1:3 或 1:1 變壓器），而每個高側(cè)柵極驅(qū)動器獲取單獨(dú)的偏置電源。

圖 6-1 低壓偏置電源架構(gòu)

TI 為隔離式偏置電源的四種常見拓?fù)涮峁┒喾N設(shè)計(jì)。其中包括初級側(cè)穩(wěn)壓反激式轉(zhuǎn)換器、開環(huán)推挽式轉(zhuǎn)換器、開環(huán)電感器-電感器-電容器 (LLC) 諧振轉(zhuǎn)換器和完全集成式模塊。請參閱圖 6-2。除了轉(zhuǎn)換器外，還提供具有外部場效應(yīng)晶體管 (FET) 和外部磁性元件的控制器選項(xiàng)。

圖 6-2 隔離式偏置電源的常見拓?fù)?/span>

UCC34xxx-Q1 和 UCC35xxx-Q1 系列隔離式直流/直流轉(zhuǎn)換器模塊具有寬輸入電壓范圍（5.5V 至 28V）。集成變壓器后，可實(shí)現(xiàn)更小的 BOM 尺寸，因此成本可能低于其他設(shè)計(jì)。對于完整的逆變器設(shè)計(jì)，與半分布式反激式設(shè)計(jì)相比，UCC34xxx-Q1 器件將系統(tǒng)占用空間縮小了 77%，將元件數(shù)量減少了 20%。請參閱圖 6-3。UCC34xxx-Q1 系列器件的輸出功率為 1.5W，輸出電壓精度 ≤1.5%；新一代 UCC35xxx-Q1 系列可提供 2W 功率。

圖 6-3 轉(zhuǎn)換器模塊（全分布式）與反激式（半分布式）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的尺寸比較

UCC25800-Q1 器件是一款電感器-電感器-電容器 (LLC) 諧振轉(zhuǎn)換器，具有超低 EMI 輻射。該器件允許設(shè)計(jì)使用漏電感較高但寄生初級到次級電容較小的變壓器，并具有可調(diào)節(jié)過流保護(hù)、輸入過壓保護(hù)、過熱保護(hù)和引腳故障保護(hù)等保護(hù)特性。

SN6507-Q1 器件是一款高頻推挽式變壓器驅(qū)動器，具有集成的 MOSFET 和占空比控制，可實(shí)現(xiàn)寬輸入電壓范圍。該器件集成了一個控制器和兩個異相切換的 0.5A NMOS 電源開關(guān)。該器件還包括可編程軟啟動、展頻時(shí)鐘和引腳可配置的壓擺率控制。

LM2518x-Q1 系列器件是一款初級側(cè)穩(wěn)壓 (PSR) 反激式轉(zhuǎn)換器，具有集成電源開關(guān)并能夠在 4.5V 至 42V 的寬輸入電壓范圍內(nèi)運(yùn)行。從初級側(cè)反激式電壓采樣隔離輸出電壓數(shù)據(jù)，無需使用光耦合器、電壓基準(zhǔn)或變壓器的第三繞組進(jìn)行輸出電壓穩(wěn)壓。通過采用邊界導(dǎo)電模式 (BCM) 開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)緊湊的磁設(shè)計(jì)以及優(yōu)于 ±1.5% 的負(fù)載和線路調(diào)節(jié)性能。