在该系统中，隔离式电源的作用是将来自低压侧的输入电压转换为高压侧元件所需的稳压输出，同时通过电气隔离在 PTC 系统的高压侧和低压侧之间实现隔离栅。低压输入的工作范围通常为 6V 至 16V，而绝对最大范围约为 4V 至 42V。设计人员需要确保电源输出的输出电压足够高，以满足开关驱动器的电源输入要求。所需的输出功率取决于驱动电源开关以及为 MCU、传感器、比较器等供电所需的功率。设计人员选择的输出电压通常在 15V 至 20V 之间。通常情况下会有两个输出轨（一个高侧和一个低侧），但也可以增加第三个输出轨，用于为低压元件（例如 MCU、传感器、运算放大器）供电。较低电压的输出轨还可以使设计人员能够使用价格更低廉的 LDO。

无论 PTC 加热器模块设计中使用哪种电源拓扑，都可能需要一个输入滤波器电路，以向电源的其余部分供电并帮助其满足 EMI 要求。输入滤波器电路可能需要根据具体的 PTC 加热器设计特性进行编辑和定制。例如，图 3-4 展示了典型的无阻尼输入滤波器电路。如需设计输入滤波器方面的指导，请参阅开关电源的输入滤波器设计。

设计人员可以从多种隔离式电源拓扑中进行选择，但适用于 PTC 加热器模块的主要拓扑是反激式拓扑、LLC 拓扑和推挽式拓扑。通常不建议使用其他电源拓扑，因为这些拓扑的预期功率输出通常超出 PTC 加热器控制模块的需求。反激式转换器（如图 3-5 所示）因其简单性和多功能性，可能是汽车应用中最为常用的拓扑。

反激式转换器可以接受宽输入电压范围，因此无需前置稳压器，即可满足 PTC 加热器模块的输入电压工作范围和绝对最大范围。反激式转换器还可以提供多个输出电压，因此可以支持此应用中通常需要的一到两个电源轨。这些输出电压都可以通过单个控制（即占空比）进行调节。输出电压可以通过公式 1 来计算：

由于所需输出电压轨的电压并没有比输入电压高出几个数量级，因此反激式转换器中的变压器匝数比相对较低。建议选择匝数比时确保 V_IN 最小值条件下的最大占空比不超过 50%。根据两个输出电压轨之间的比值，设计人员可能需要定制变压器，因为在市场上无法获得理想匝数比的变压器。

变压器驱动器可以通过将电源系统的元件集成到一个集成电路 (IC) 中来简化设计。一种类型的变压器驱动器是控制器，该元件负责以正确的占空比驱动反激式电路的初级侧开关、电源电路所需的反馈机制、输入电压的欠压锁定，以及可能的过流保护功能。图 3-6 展示了该拓扑。使用控制器的一个优势是，设计人员可以通过栅极上的外部电阻器控制用于驱动初级侧开关的压摆率。这有助于控制感应 EMI。另一个优势是，设计人员可以灵活地单独选择开关，从而在必要时能够驱动更多电流。某些系统可能也倾向于使用控制器，因为控制器允许设计人员灵活地将初级侧开关置于 PCB 上不太可能导致热问题的区域。对于此应用，LM34966-Q1 是一款不错的控制器，其具有 2.97V 至 40V 的宽输入电压范围（绝对最大额定值为 -0.3V 至 45V），能够承受汽车负载突降和冷启动情况。

另一种变压器驱动器是转换器，它不仅具备与控制器相同的优势，还集成了开关，从而有助于缩小和简化设计，同时降低成本，如图 3-7 所示。然而，集成开关限制了调整压摆率的能力，也无法控制其引起的 EMI。LM25180-Q1 是一款适用于反激式应用的转换器，因为它具有 4.5V 至 42V 的宽输入范围（绝对最大额定值为 -0.3V 至 45V）。该器件还集成了辅助绕组，为电源设计提供了初级侧调节 (PSR)，从而简化了变压器设计。

为了帮助改善 EMI 并降低 PTC 加热器模块设计中所需的变压器成本，设计人员可以选择使用 LLC 拓扑（请参阅图 3-8），而不是传统的反激式设计。LLC 可以通过使用谐振开关来帮助提高效率，这种开关技术使用电感器和电容器来在开关期间产生正弦电流和电压。该方法有助于消除开关转换损耗，从而提高效率。此类拓扑中还具有低寄生电容，能够有效减轻 EMI，因此设计人员可以使用比反激式转换器中更便宜的变压器。然而，LLC 拓扑是开环拓扑，因此输入或输出的变化无法被精确控制。LLC 的另一个功能性缺点是，它无法像反激式转换器那样接受一定范围的输入电压，因此需要像 LM5157-Q1 这样的前置稳压器 IC。转换器也广泛用于帮助简化 LLC 设计。一个很好的 LCC 转换器选择是 UCC25800-Q1，因为它可以通过启用软开关来帮助进一步降低 EMI。

推挽式拓扑也适用于多种高压汽车应用，包括 PTC 加热器控制模块。反激式转换器在开关周期的一个阶段将能量存储在电感器中，然后在另一个阶段将其传输到负载，与反激式转换器不同，推挽式转换器通过变压器将功率从初级侧传输到次级侧。推挽式拓扑如图 3-9 中所示。

这是在没有模拟反馈或环路稳定的情况下实现的。它也是一种开环配置，因此不需要反馈，从而简化了设计。推挽式拓扑的缺点是缺乏负载调节。推挽式拓扑的主要优势之一是简化了变压器设计。中心抽头变压器很容易找到，并且具有不同的匝数比，因此无需设计定制变压器。很多时候，您还可以找到具有多个输出的变压器，如果没有现成的，设计变压器相对简单，仅涉及两个关键参数：最小 V-t 乘积和匝数比。这些器件的数据表中列出了来自多个供应商的、常用输入/输出电压轨的现成变压器。

转换器还可用于帮助缩小和简化推挽式设计。SN6507-Q1 提供了较大的输入电压（绝对最大值为 60V）和线路调节能力，能够满足大多数高压汽车应用的要求。

SN6507-Q1 可用于隔离低压逻辑轨，以便为隔离器供电。为各个隔离器提供独立的隔离式电源解决方案，不仅简化了主要隔离式电源解决方案的设计，同时还有助于简化 PCB 布局设计。

直流/直流模块也可用于 PTC 加热器模块。它们集成了初级侧开关和电源的变压器，显著减小了布板空间和高度，并简化了系统设计（请参阅图 3-10）。直流/直流模块显著减少了所需的分立式元件数量。这些 IC 还集成了隔离栅。直流/直流模块也有助于简化分布式电源架构的实现，即每个开关驱动器一个电源。这通过提供多个负载点来支持独立的故障点检测，提高了系统可靠性。如果一个电源出现故障，系统的其余部分仍然可以正常运行。然而，采用这种解决方案时，如果输入电压范围超过直流/直流模块的绝对最大额定值，设计人员可能需要实现一个前置稳压器。虽然单个 IC 的成本相对高于转换器 IC，但通过将如此多的元件集成在一起，能够节省总系统成本，从而带来商业上的优势。尽管这些 IC 的效率往往较低，但由于不需要计算和考虑多个分立式元件，因此节省了大量设计时间。在 PTC 加热器模块中，UCC14141-Q1 是一个不错的直流/直流模块选择，尤其是当 PTC 加热器模块使用 800V 或更高电压的电池时，因为该直流/直流模块具有 5kV_RMS 隔离额定值。它还为设计人员提供了一种超低厚度（高度为 3.55mm）的隔离式电源解决方案。