一种优化汽车或工业设计的策略是缩小电源单元的尺寸，通过减少物理材料和分立元件的数量，在系统级别节省成本。

  传统的推挽式和反激式转换器等隔离式辅助电源解决方案采用笨重、庞大且易受振动影响的变压器，设计布局也因为这样变得复杂。带有外部变压器的隔离式辅助电源解决方案的设计也会影响性能效率，并会导致较高的辐射电磁干扰 (EMI)。

  得益于变压器设计方面的突破，集成电路设计人员能够将变压器和硅器件完全集成到一个封装中，从而显著缩减隔离式直流/直流电源的高度和尺寸。最终用户无需设计变压器或降低系统性能，就可以获得小型轻量级的隔离式电源模块，实现较高功率密度。

  本文将介绍三个汽车和工业应用的基本功能、隔离式直流/直流电源对这一功能的重要性，以及德州仪器的新型 UCC33420-Q1 电源模块如何助力设计高效的隔离式直流/直流电源。

  电池管理系统 (BMS) 的基本功能是监测电池包电压、电池包电流和电芯电压。为符合安全标准，需要监测高压电池 (>

  60V) 漏电流以及总线和机箱接地之间的隔离电阻。隔离式直流/直流电源应用于 BMS 的高压和隔离诊断子系统中，为数字隔离器和电流传感器提供隔离式电源。

  如图 1 所示，隔离式直流/直流电源输入从安全电源管理集成电路获取 5V 电源，转而向电池断连单元应用高压侧的数字隔离器、电压/电流传感器或模数转换器提供 5V 输出电源。

  在使用单个电压、电流和绝缘电阻监测器的智能电池接线盒中，隔离式直流/直流电源向电池监测器提供 5V 输出电压。与其他推挽式、分立式解决方案相比，集成变压器技术的进步可实现更少的印刷电路板面积，进而优化功率密度、减少系统物料清单 (BOM) 数量并加快产品上市速度。

  汽车电气化趋势方兴未艾，对可负担性和缩短充电时间的需求也随之增加。缩减电动汽车 (EV) 充电电源模块的尺寸能大大的提升效率并降低总体系统成本。

  如图 2 所示，电动汽车充电站包含数据通信接口（例如控制器局域网 RS-485 接口）和用于电压和电流检测的隔离式放大器，它们都需要隔离式直流/直流电源。为缩短充电时间，必须提升功率输出，这往往会增大系统整体尺寸。UCC33420-Q1 尺寸小巧，效率出色，可帮助您设计更高效的隔离式电源系统，同时节省整体布板空间。该器件在支持来自交流输入线路的高电压的同时，还可以将外部元件的数量减少多达 50%。

  如图 3 所示，高性能可编程逻辑控制器 (PLC) 系统在狭窄拥挤的空间内包含了多个模块。这些 PLC 系统使用集中式输入/输出 (I/O) 模块与传感器、螺线管和阀门进行通信。PLC 系统中的隔离式辅助电源必须尺寸小巧、具有非常出色的输出电压调节功能，并能够减少 EMI 和电磁兼容性问题。高功率密度和输出电压精度也是常见要求。

  在变压器设计领域，在相同输出功率级别下，UCC33420-Q1 的功率密度比分立式变压器解决方案高 8.5 倍以上。与分立式变压器解决方案相比，其他创新体现在解决方案尺寸减小 89% 以上、高度减小 75% 以上以及 BOM 数量减少一半。图 4 对 UCC33420-Q1 与推挽式转换器的尺寸进行了比较。

  图 4 UCC33420-Q1 隔离式直流/直流模块与传统推挽式转换器的对比

  UCC33420-Q1 将隔离电源变压器、初级和次级侧电桥和控制逻辑集成到一个封装中，能够很好的满足更小、更轻的汽车和工业应用的需求。

  UCC33420-Q1 设计采用 EMI 优化型变压器，具有 3pF 的初级到次级电容，无需使用 EMI 滤波器即可满足 CISPR 32 标准。该器件还符合 CISPR 25 标准，具有更少的元件和更简单的滤波器设计。

  在工业应用 SMPS 的设计上，最新的技术趋势会将高效率、高功率密度及总线电压上升的需求作整体考虑，也因此触发了对 650V击穿电压功率器件的需求。英飞凌科技股份有限公司 (FSE：IFX/OTCQX：IFNNY) 旗下 650 V CoolMOS™ CFD7 产品系列即可满足上述需求。此器件适用于软切换应用的谐振拓扑，例如通信电源、服务器、太阳能和非车载的电动车充电。 新款 650 V器件扩展了声誉卓越的 CoolMOS CFD7 系列的电压范围，且为 CoolMOS CFD2 的后继产品。新款 650 V 产品可搭配 LLC 和零电压切换相移全桥拓扑，较前几代产品能提供多项优势。本产品系列击穿电压提升 50 V，搭配整合高

  非隔离式电源的共模电流有几率会成为一个电磁干扰 (EMI) 源，您是否曾经消除过它呢？在一些高压电源中，例如：LED 灯泡所使用的电源，您可能会发现您无法消除它们。经仔细查看，发现非隔离式电源与隔离式电源其实并没什么两样。开关节点接地寄生电容，产生共模电流。 图 1  是一个 LED 电源的示意图，其显示了该降压调节器模电流产生的根本原因。原因是开关节点接地电容。令人惊讶的是，如此小的一点电容，仍会产生问题。CISPR B 类（适用于住宅设备）辐射规定允许 1 MHz 下 46 dBuV (200 uV) 信号的 50 电源阻抗。这也就是说，仅允许 4 uA 的电流。如果转换器在 100 kHz 下对 Q2 漏极的 200

  电源的共模电流 /

  开关电源(SwitchingPowerSupply)自问世以来，就以其稳定、高效、节能等优良性能而成为稳压电源的基本的产品。而高度集成化的单片开关电源，更是因其超高的性价比、简单的外围电路、小体积与重量和无低频变压器隔离方式等上风而成为稳压电源中的佼佼者，在工控领域应用广泛。 引言 开关 电源 (SwitchingPowerSupply)自问世以来，就以其稳定、高效、节能等优良性能而成为稳压电源的基本的产品。而高度集成化的单片开关电源，更是因其超高的性价比、简单的外围电路、小体积与重量和无低频变压器隔离方式等上风而成为稳压电源中的佼佼者，在工控领域应用广泛。随着各种不同的单片开关电源芯片及其电路拓扑的应用和推广，单片开关电源越

  稳压开关电源 /

  设计一个隔离式电源解决方案会十分复杂；你需要定制的变压器、不一样的反馈网络来实现合适的电路稳压，以及用于实现稳定性的某些类补偿。不过，对于特定应用来说，有一个解决方案可提供所需的同样隔离式偏置电源，而又避免了这么高的设计复杂度：它就是Fly-Buck™ 转换器。 对那些不熟悉这个拓扑的人来说，Fly-Buck转换器是用一个同步降压稳压器和耦合电感器绕组创建了隔离式输出（图1）。与更加传统的隔离式电源拓扑相比，这些设计提供了数个优势。由于隔离式输出与初级侧输出电压紧密关联，所以不需要光耦合器或辅助绕组；此外，你能够正常的使用一个更小的变压器，其原因主要在于初级与次级匝数比具有更加好的匹配性。使用这样的解决方法可以获得一个成本更低且占板面积更小的

  STGAP2SiCS是意法半导体STGAP系列隔离式栅极驱动器的最新产品，可安全地控制碳化硅(SiC) MOSFET，工作电源电压高达1200V。 STGAP2SiCS能够产生高达26V的栅极驱动电压，将欠压锁定(UVLO)阈压提高到15.5V，满足SiC MOSFET开关管正常导通要求。如果电源电压低引起驱动电压太低，UVLO保护机制将确保MOSFET处于关断状态，以免产生过多的耗散功率。这款驱动器有双两个输入引脚，让设计人能定义栅极驱动信号的极性。 STGAP2SiCS在输入部分和栅极驱动输出之间设计6kV电气隔离，电隔离有助于确保消费电子和工业设施的用电安全。4A吸电流/拉电流驱动能力使其适用于高端家用电器

  栅极驱动器，工作电源电压高达1200V /

  德州仪器 (TI）近日宣布推出业界首款12-V，10-A，10-MHz串联电容降压转换器，电流密度超过50 A/cm3，是任何其它12伏功率管理部件或现有解决方案的电流密度的四倍。TPS54A20 SWIFT同步DC/DC转换器具有独特的拓扑结构，可在每相高达5 MHz的条件下高频运作，而无需特殊磁性元件或复合半导体，设计者可在8 V至14 V的输入和10-A输出应用中使用。利用降压转换器和德州仪器的WEBENCH 功率设计工具，工程师可获得空间和高度受限的负载点(POL）电信和联网电源设计，从而加快上市速度。 该TPS54A20具有一个独特的两相、串联电容DC/DC降压拓扑结构，它将开关电容电路和多相降压转换器集为一体。此

  本电路通过简单的电路结构可以在一定程度上完成可调的直流稳压电源，并且具电压指示，输出直流电压范围为0～30V。 电路工作原理： 本电路通过变压器T把220V的交流电压加在一次侧W1后，在二次侧W2和W3分别得到35V和6V的交流电压，二次侧W2端通过二极管VD1～VD4整流、电容器C1、C2滤波后输入到IC三端集成稳压电路的输入端，通过由IC稳压集成电路、电阻器R1和电容器 C4输出35V的直流电压。二次侧的W3线V的交流电压通过二极管VD5、电容器C3、电阻器R2和稳压二极管VS输出一个－1.25V的负电压作为辅助电源。变阻器RP加在IC集成电路的控制端，通过调节变阻器RP能够使输出端输出0~30V的直流电源。IC选用L

  设计 /

  降低解决方案的尺寸、组件成本和功率损耗对于工业应用正慢慢的变重要。可编程序控制器(PLC)用的模拟I/O模组便是满足这类要求的很好例子。 工业4.0指出了结合智能通信进行深入自动化趋势。因此，在过程工程、工业自动化和设备管理中，PLC需要配备更多的I/O端口。如果空间存在限制，控制器无法放入更多基板面，那么，我们一定要增加模块密度才能支持更多的I/O需求。优化供电设计明显有助于达成该等目标。 让我们的角度来看下模拟I/O模块供电设计的功率要求。 模拟I/O模块通常使用4-20mA电流环路或+/-10V信号传输。我们应该DAC/ADC进行转换，通常为5V供电。为保护装置，同时也为了确认和保证能达到要求的性能，需隔离供电轨，以抵消地移或噪

  、分离轨功率设计 /

  设计与实现-南敬昌-高清晰版

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