2 隔離式輔助電源集中式架構(gòu)

在該架構(gòu)中，使用單級(jí)輔助電源架構(gòu)，其中輔助電源器件直接與低壓電池連接。該連接支持寬輸入電壓范圍并在閉環(huán)運(yùn)行期間工作。根據(jù)額定功率，可使用單個(gè)或多個(gè)器件來實(shí)現(xiàn)這種架構(gòu)。多繞組變壓器用于為不同的柵極驅(qū)動(dòng)器提供隔離式輸出。可使用同一變壓器輸出繞組為共享同一接地端的低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器提供隔離式輔助電源。

圖 2-1 展示了三個(gè)具有多繞組變壓器的隔離式器件如何用于 PFC、直流/直流初級(jí)和直流/直流次級(jí)隔離式輔助電源。對(duì)于每一級(jí)，低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器共享變壓器的同一輸出繞組提供的電源；而每個(gè)高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器都有一個(gè)單獨(dú)的變壓器輸出繞組。

圖 2-1 具有三個(gè)隔離式輔助電源器件的集中式架構(gòu)

圖 2-2 展示了如何使用兩個(gè)具有多繞組變壓器的隔離式器件。第一個(gè)隔離式輔助電源器件中，PFC 和直流/直流初級(jí) 共享變壓器的同一輸出繞組提供的電源，因?yàn)樗鼈児蚕硗唤拥囟恕Ｃ總€(gè)高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器都有一個(gè)單獨(dú)的變壓器輸出繞組。第二個(gè)隔離式輔助電源器件的運(yùn)行模式與前一種情況類似。變壓器中有六 個(gè)輸出繞組用于 PFC 和直流/直流初級(jí)。變壓器繞組數(shù)量越多，變壓器的設(shè)計(jì)就越復(fù)雜，輸出調(diào)節(jié)方面的挑戰(zhàn)也越多。此外，在用于為低側(cè)所有五個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器供電的一個(gè)輸出繞組上，負(fù)載比分別為每個(gè)高側(cè)開關(guān)供電的其他五個(gè)繞組更高。

圖 2-2 采用兩個(gè)隔離式輔助電源器件的集中式架構(gòu)

圖 2-3 使用具有多繞組變壓器的單個(gè)隔離式器件。要從單個(gè)隔離式輔助器件供電，需要變壓器的九個(gè)輸出繞組。變壓器的七個(gè)輸出繞組用于七個(gè)高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器，一個(gè)繞組用于 PFC 和直流/直流初級(jí) 的五個(gè)低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器，一個(gè)繞組用于直流/直流次級(jí) 的兩個(gè)低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器。變壓器輸出繞組多會(huì)導(dǎo)致變壓器設(shè)計(jì)復(fù)雜，并增加輸出調(diào)節(jié)方面的挑戰(zhàn)。此外，變壓器輸出繞組上的負(fù)載不同；因此，在變壓器設(shè)計(jì)過程中必須考慮該因素。在這種輔助電源架構(gòu)中，用于布線的 PCB 布局非常復(fù)雜，因?yàn)閺淖儔浩鬏敵龅?PFC 和直流/直流級(jí) 的柵極驅(qū)動(dòng)器需要拉出很長(zhǎng)的跡線。在為車載充電器的柵極驅(qū)動(dòng)器提供所需的足夠功率的情況下，相比具有內(nèi)部 FET 的轉(zhuǎn)換器，具有外部 FET 的控制器器件是更好的選擇。

圖 2-3 采用單個(gè)隔離式輔助電源器件的集中式架構(gòu)

集中式輔助電源架構(gòu)優(yōu)先選擇以下拓?fù)浜拖嚓P(guān)器件：

• 反激式控制器：LM5155x-Q1、LM5156x-Q1、LM34xx-Q1
• 反激式轉(zhuǎn)換器：LM518x-Q1、LM2518x-Q1
• 推挽式轉(zhuǎn)換器：SN6507-Q1

隔離式輔助電源的不同拓?fù)渚哂刑囟ǖ膬?yōu)勢(shì)和取舍。反激式器件有助于在寬電壓輸入范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率、高負(fù)載調(diào)整和高線路調(diào)整精度等優(yōu)勢(shì)。緊密耦合反激式變壓器設(shè)計(jì)具有低漏電感，但這種設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是變壓器隔離柵兩端的寄生電容相對(duì)較高。由于變壓器的寄生電容高，有時(shí)需要在 EMI 濾波器設(shè)計(jì)中采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣硪种?EMI 和 CMTI。推挽式器件提供不錯(cuò)的效率、高 CMTI、低 EMI 等優(yōu)勢(shì)。輸出側(cè)需要一個(gè)額外的電感器來控制占空比，以支持在寬輸入電壓范圍中運(yùn)行。