6 低压隔离式偏置电源

在牵引逆变器中，低压隔离式偏置电源连接到低压源（例如 12V 或 48V 电池），以在栅极驱动器的次级侧提供偏置电源。支持三种主要的低压隔离式偏置电源架构。请参阅图 6-1：

• 全分布式：每个栅极驱动器连接到单个偏置电源。该系统可实现最简单的 PCB 布线并具有最高的容错能力，但可能成本更高。
• 集中式：具有多个输出的单个转换器为所有栅极驱动器供电。每个栅极驱动器都可以接收单独的隔离式电源（需要 1:6 变压器）。不过，也可选择使用单个 1:4 变压器，为高侧单独供电，为低侧共同供电。PWM 驱动器模块仍是电源中控制变压器的核心 IC。该系统的成本可能较低，但需要更大的变压器，并且由于单点故障而使满足功能安全分类要求变得复杂。
• 半分布式：这是兼顾成本和故障冗余的权衡方案。低侧栅极驱动器共用一个偏置电源（来自 1:3 或 1:1 变压器），而每个高侧栅极驱动器获取单独的偏置电源。

图 6-1 低压偏置电源架构

TI 为隔离式偏置电源的四种常见拓扑提供多种设计。其中包括初级侧稳压反激式转换器、开环推挽式转换器、开环电感器-电感器-电容器 (LLC) 谐振转换器和完全集成式模块。请参阅图 6-2。除了转换器外，还提供具有外部场效应晶体管 (FET) 和外部磁性元件的控制器选项。

图 6-2 隔离式偏置电源的常见拓扑

UCC34xxx-Q1 和 UCC35xxx-Q1 系列隔离式直流/直流转换器模块具有宽输入电压范围（5.5V 至 28V）。集成变压器后，可实现更小的 BOM 尺寸，因此成本可能低于其他设计。对于完整的逆变器设计，与半分布式反激式设计相比，UCC34xxx-Q1 器件将系统占用空间缩小了 77%，将元件数量减少了 20%。请参阅图 6-3。UCC34xxx-Q1 系列器件的输出功率为 1.5W，输出电压精度 ≤1.5%；新一代 UCC35xxx-Q1 系列可提供 2W 功率。

图 6-3 转换器模块（全分布式）与反激式（半分布式）系统设计的尺寸比较

UCC25800-Q1 器件是一款电感器-电感器-电容器 (LLC) 谐振转换器，具有超低 EMI 辐射。该器件允许设计使用漏电感较高但寄生初级到次级电容较小的变压器，并具有可调节过流保护、输入过压保护、过热保护和引脚故障保护等保护特性。

SN6507-Q1 器件是一款高频推挽式变压器驱动器，具有集成的 MOSFET 和占空比控制，可实现宽输入电压范围。该器件集成了一个控制器和两个异相切换的 0.5A NMOS 电源开关。该器件还包括可编程软启动、展频时钟和引脚可配置的压摆率控制。

LM2518x-Q1 系列器件是一款初级侧稳压 (PSR) 反激式转换器，具有集成电源开关并能够在 4.5V 至 42V 的宽输入电压范围内运行。从初级侧反激式电压采样隔离输出电压数据，无需使用光耦合器、电压基准或变压器的第三绕组进行输出电压稳压。通过采用边界导电模式 (BCM) 开关，可实现紧凑的磁设计以及优于 ±1.5% 的负载和线路调节性能。