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圖2.反激式拓?fù)?/p>

當(dāng)初級開關(guān)管斷開時承受的總的電壓應(yīng)力主要由三個方面組成：第一是輸入電壓，第二是儲存的能量通過變壓器輸送到負(fù)載時，初級線圈上將感應(yīng)出反射電壓Vrefl，Vrefl的幅值由輸出電壓和匝比決定；第三是電壓尖峰Vspike，這是由一次繞組的漏電感中存儲的能量造成的。對于一個DC 600~1000V的系統(tǒng)而言，Vrefl常在100~150V左右，Vspike在200V左右，在最高輸入條件下開關(guān)管的最高耐壓最少需要達(dá)到1350V左右，為了保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，需要留有一定的電壓裕量，因此至少需要額定電壓在1500V及以上的開關(guān)器件，或采用雙管反激變換器，用兩只開關(guān)管代替單管，并在電路中采用鉗位二極管，把每個開關(guān)管上的峰值電壓應(yīng)力鉗位至輸入電壓，這樣就可以選擇相對應(yīng)力較低的器件。但同時器件的數(shù)量和成本也相應(yīng)增加，且需要額外的高邊側(cè)隔離驅(qū)動電路，使整體設(shè)計變得更為復(fù)雜。

圖3.反激式變換器的開關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓

SiC MOSFET技術(shù)的一個重要價值是使得1200V以上有了性能優(yōu)秀的高速開關(guān)器件，英飛凌針對反激式輔助電源應(yīng)用，提供1700V 450mΩ/650mΩ/1000mΩ三種規(guī)格的CoolSiC? SiC MOSFET可以幫助客戶簡化設(shè)計，采用單管反激拓?fù)浼纯蓪崿F(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，多種規(guī)格以滿足不同功率段的應(yīng)用要求（詳細(xì)產(chǎn)品信息可點(diǎn)擊：新品 | 采用D2PAK-7L封裝的1700V CoolSiC? MOSFET，輔助電源的理想搭檔）。

作為一款輔助電源應(yīng)用的主推產(chǎn)品，它不但提升了電氣間隙和爬電距離，還可以通過控制器直接驅(qū)動，無需驅(qū)動電路，封裝兼具D2PAK-7L和TO-247-3HCC兩種，產(chǎn)品的詳細(xì)信息可參考往期文章：新品 | 可直接驅(qū)動的單端反激式輔助電源用 1700V CoolSiC? MOSFET。

圖4 .1700V CoolSiC? MOSFET的型號與對應(yīng)功率段推薦

感興趣的用戶還可去英飛凌官網(wǎng)申請“REF_62W_FLY_1700V_SiC”參考板，該參考板旨在支持客戶為三相系統(tǒng)設(shè)計輔助電源，工作電壓范圍在200VDC至1000VDC，具有三種電壓輸出：+15V、-15V和+24V，最大輸出功率高達(dá)62.5W。

對于第二級輔助電源:

輸入電壓為前級輸出的低壓穩(wěn)壓軌，輸出功率相對較低，當(dāng)對輸出電壓精度要求>1%時，可選擇無光耦合器的拓?fù)湓O(shè)計以降低復(fù)雜性并能提供可靠性保障，常見的開環(huán)隔離拓?fù)淙缦挛乃尽?/p>

LLC式拓?fù)?/p>

LLC諧振變換器作為一種在大功率應(yīng)用常見的串并聯(lián)諧振變換器，兼具串聯(lián)和并聯(lián)諧振變換器的優(yōu)點(diǎn)，可以利用變壓器漏感參與諧振以實現(xiàn)全程軟開關(guān)特性，EMI低，適用于對效率、功率密度要求較高的場合。與反激、推挽等非諧振式變換器相比，LLC諧振變換器對變壓器的設(shè)計較友好，對原副邊耦合度要求較低，可以使用高隔離電壓和低匝間電容兼具的變壓器，因此在小功率隔離電源中也能見到LLC變換器的身影。

下圖5是一個常見的半橋LLC拓?fù)涞暮喕疽鈭D，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼f，應(yīng)該是非對稱半橋LLC，根據(jù)諧振電容位置的不同，半橋LLC拓?fù)溥€可以演化成分裂電容對稱半橋LLC（圖6），也即將諧振電容一分為二成兩個等量的電容串聯(lián)，使得兩個諧振支路處于對稱狀態(tài)。和非對稱半橋LLC拓?fù)湎啾龋至央娙輰ΨQ半橋LLC由兩個諧振電容串聯(lián)后并聯(lián)在輸入側(cè)，兩個諧振電容電壓之和為輸入電壓，故每個諧振電容上仍有Vin/2的直流偏置電壓，但流過諧振電容的電流為諧振腔電流的一半，紋波電流更小，諧振電容的選型有更多的選擇。

推挽式拓?fù)?/p>

下圖是一個半橋推挽式拓?fù)涞暮喕疽鈭D，所謂推挽，即開關(guān)管交替推動電流，利用中心抽頭變壓器來形成相位相反的交流電壓。當(dāng)其中一個開關(guān)管導(dǎo)通時，從源流經(jīng)變壓器中心抽頭的電流逐漸上升，副邊感應(yīng)電壓經(jīng)整流后為輸出負(fù)載供電；當(dāng)另外一個開關(guān)管導(dǎo)通時工作同理，但對應(yīng)另一半繞組上電壓相位相反。兩個開關(guān)管交替開通，且開關(guān)管均屬于低邊側(cè)，參考點(diǎn)同為電源地，在驅(qū)動控制上相對簡單，變壓器工作在雙向勵磁狀態(tài)，故而不另需要復(fù)位電路，電路設(shè)計也得到簡化。

值得注意是，當(dāng)S1導(dǎo)通時，N1繞組上承載的電壓為全部輸入電壓，這個電壓會同時耦合到N1’繞組上，因此S2在關(guān)斷期間承受的峰值電壓實為兩倍輸入電壓，所以推挽電路一般用在低壓輸入的中小功率場合。除此之外，如果不是對稱交替開關(guān)，也即兩個開關(guān)管導(dǎo)通時間不一致，在各自導(dǎo)通時間內(nèi)內(nèi)勵磁電流將不正負(fù)對稱，進(jìn)而導(dǎo)致交替開關(guān)后磁芯不能完全復(fù)位，交變磁通量中包含直流偏磁分量，可能會導(dǎo)致磁路飽和。為了避免偏磁，在使用推挽式拓?fù)鋾r盡量使用一對一致性較好的開關(guān)管，變壓器設(shè)計時還可留有適當(dāng)氣隙，增大飽和磁通量。

全橋式拓?fù)?/p>

相較于半橋推挽式拓?fù)洌珮蚴酵負(fù)涞拈_關(guān)器件數(shù)量增加了一倍，但原邊繞組數(shù)量和開關(guān)管的耐壓僅為推挽結(jié)構(gòu)的一半。兩路橋臂中同一橋臂上下兩開關(guān)管呈交替導(dǎo)通，兩橋臂間互為對角的兩個開關(guān)管則同時導(dǎo)通，開關(guān)管關(guān)斷時承受的電壓則為全部輸入電壓。變壓器繞組跨接在兩路橋臂中點(diǎn)，加載在繞組上的電壓經(jīng)交替開關(guān)后變成了交流電壓，實現(xiàn)雙向勵磁，對磁芯的利用率較高。

全橋拓?fù)浜屯仆焓酵負(fù)涔餐媾R的一個問題就是變壓器繞組在被交替開關(guān)驅(qū)動時，必須是對稱的驅(qū)動，否則也會有偏磁的問題。如若導(dǎo)通時間不對稱，則加載在繞組上伏秒積在相應(yīng)的導(dǎo)通時間內(nèi)就不相等，磁芯的磁化曲線也會越來越偏離原點(diǎn)。好在全橋式拓?fù)渥儔浩鹘Y(jié)構(gòu)簡單，沒有中心抽頭，在變壓器初級繞組上串聯(lián)一個隔直電容就能避免偏磁，簡單而有效。

基于2EP1XXR系列驅(qū)動IC，現(xiàn)在還提供多款評估板可供申領(lǐng)使用，無論是從事太陽能、電動汽車充電還是儲能系統(tǒng)等應(yīng)用，都可選擇這款評估版作為新穎驅(qū)動電源設(shè)計，升級驅(qū)動設(shè)計，減小PCB面積，降低成本，新品 | 頻率和占空比可調(diào)的驅(qū)動電源用全橋變壓器驅(qū)動器評估板。

結(jié)語

在設(shè)計一款隔離式電源時，硬件復(fù)雜性和噪聲耦合是避不開的問題，尤其是在在中低功率水平下，成本、尺寸和效率收益都會影響一個設(shè)計方案最終的選擇。在大多數(shù)使用反激、推挽或全橋拓?fù)涞膱龊希家紤]變壓器漏感帶來的EMI和器件開關(guān)應(yīng)力問題，而為了降低漏感又常將繞線緊密耦合甚至繞組交錯，這又使得初次級間的寄生電容增大，故而不得不在變壓器設(shè)計上投入更高成本。LLC拓?fù)淇梢园炎儔浩鞯穆└凶鳛橹C振的一部分，漏感能量不會浪費(fèi)在初級對器件造成額外的開關(guān)應(yīng)力，對EMI友好，但是PFM控制復(fù)雜，需要昂貴的專用控制芯片。因此，無論是使用哪種拓?fù)洌思婢咝阅芎挽`活性，綜合成本也是主要考慮因素。