6 集成的隔離式電源解決方案

生成隔離式電源的傳統方法是在反激式、Fly-Buck 或推挽式拓撲中使用直流/直流轉換器來驅動變壓器。次級側的脈動信號經整流和濾波后生成隔離式直流電源。基于光耦合器的初級側反饋實現了線路和負載調節。在某些情況下，當直流/直流轉換器以開環配置運行時，LDO 用于對轉換器的輸出進行后置調節。這種分立式方法的缺點是，完整的解決方案（變壓器和其它組件）在電路板上占用了大量的空間。此外，設計一個穩定且高效的隔離式電源也具有挑戰性。

近期的各種解決方案都將直流/直流轉換器與微型變壓器以及信號隔離通道集成在一個封裝中。此類解決方案解決了系統工程師面臨的幾個設計難題，包括：

• 減少電路板面積：集成式解決方案的第一個優勢是減少了電路板面積。功率級、變壓器、整流二極管、隔離反饋（有時還包括數字化數據隔離通道）都被集成在同一器件中，因此解決方案的尺寸顯著減小。除了減小表面積之外，使用平面變壓器還可使集成式解決方案的 z 維度（高度）比分立式變壓器更低，分立式變壓器的厚度會是平面變壓器的兩到三倍。
• 簡潔而可靠的設計：集成式解決方案使系統設計變得更加簡單，因為用戶可在芯片上集成線路/負載調節的反饋和電源的所有保護機制（如過載和短路保護、熱關斷和軟啟動）。帶有笨重變壓器的電路板在振動測試中表現不佳。因此，集成式解決方案還有助于提高板級可靠性。

德州儀器 (TI) 的 UCC12050 是增強型隔離式直流/直流偏置轉換器和模塊系列的一部分。它集成了具有專有架構的變壓器和直流/直流控制器，可實現較高的效率和極低的輻射。它以 60% 的峰值效率提供 500mW（典型值）的隔離式輸出功率。UCC12050 器件適用于布板空間有限且需要更多集成的應用。

UCC12050 集成了一個高度創新的變壓器，可實現 10.3mm x 10.3mm 的封裝尺寸，且高度僅為 2.65mm。輸出端的集成式熱關斷和短路容限可實現非常穩健的應用。該器件還適用于為滿足所需隔離規范而采用體積龐大且價格昂貴的變壓器的模塊。圖 6-1 所示為一個示例原理圖。

圖 6-1 展示低元件數的 UCC12050 原理圖

與同類競爭產品相比，UCC12050 的效率提高了近 30%，滿載時的溫升降低了 30°C，并且可以在沒有 LDO 或鐵氧體磁珠的雙層 PCB 上通過 CISPR 32 B 類輻射測試（請參閱圖 6-2）。在與競爭產品的比較中，UCC12050 的輻射改善超過 20dB。

圖 6-2 UCC12050 展示出比競爭對手提供的集成式器件更低的輻射