在該系統(tǒng)中，隔離式電源的作用是將來(lái)自低壓側(cè)的輸入電壓轉(zhuǎn)換為高壓側(cè)元件所需的穩(wěn)壓輸出，同時(shí)通過(guò)電氣隔離在 PTC 系統(tǒng)的高壓側(cè)和低壓側(cè)之間實(shí)現(xiàn)隔離柵。低壓輸入的工作范圍通常為 6V 至 16V，而絕對(duì)最大范圍約為 4V 至 42V。設(shè)計(jì)人員需要確保電源輸出的輸出電壓足夠高，以滿足開關(guān)驅(qū)動(dòng)器的電源輸入要求。所需的輸出功率取決于驅(qū)動(dòng)電源開關(guān)以及為 MCU、傳感器、比較器等供電所需的功率。設(shè)計(jì)人員選擇的輸出電壓通常在 15V 至 20V 之間。通常情況下會(huì)有兩個(gè)輸出軌（一個(gè)高側(cè)和一個(gè)低側(cè)），但也可以增加第三個(gè)輸出軌，用于為低壓元件（例如 MCU、傳感器、運(yùn)算放大器）供電。較低電壓的輸出軌還可以使設(shè)計(jì)人員能夠使用價(jià)格更低廉的 LDO。

無(wú)論 PTC 加熱器模塊設(shè)計(jì)中使用哪種電源拓?fù)洌伎赡苄枰粋€(gè)輸入濾波器電路，以向電源的其余部分供電并幫助其滿足 EMI 要求。輸入濾波器電路可能需要根據(jù)具體的 PTC 加熱器設(shè)計(jì)特性進(jìn)行編輯和定制。例如，圖 3-4 展示了典型的無(wú)阻尼輸入濾波器電路。如需設(shè)計(jì)輸入濾波器方面的指導(dǎo)，請(qǐng)參閱開關(guān)電源的輸入濾波器設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)人員可以從多種隔離式電源拓?fù)渲羞M(jìn)行選擇，但適用于 PTC 加熱器模塊的主要拓?fù)涫欠醇な酵負(fù)洹LC 拓?fù)浜屯仆焓酵負(fù)洹Ｍǔ２唤ㄗh使用其他電源拓?fù)洌驗(yàn)檫@些拓?fù)涞念A(yù)期功率輸出通常超出 PTC 加熱器控制模塊的需求。反激式轉(zhuǎn)換器（如圖 3-5 所示）因其簡(jiǎn)單性和多功能性，可能是汽車應(yīng)用中最為常用的拓?fù)洹?/p>

反激式轉(zhuǎn)換器可以接受寬輸入電壓范圍，因此無(wú)需前置穩(wěn)壓器，即可滿足 PTC 加熱器模塊的輸入電壓工作范圍和絕對(duì)最大范圍。反激式轉(zhuǎn)換器還可以提供多個(gè)輸出電壓，因此可以支持此應(yīng)用中通常需要的一到兩個(gè)電源軌。這些輸出電壓都可以通過(guò)單個(gè)控制（即占空比）進(jìn)行調(diào)節(jié)。輸出電壓可以通過(guò)公式 1 來(lái)計(jì)算：

由于所需輸出電壓軌的電壓并沒有比輸入電壓高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此反激式轉(zhuǎn)換器中的變壓器匝數(shù)比相對(duì)較低。建議選擇匝數(shù)比時(shí)確保 V_IN 最小值條件下的最大占空比不超過(guò) 50%。根據(jù)兩個(gè)輸出電壓軌之間的比值，設(shè)計(jì)人員可能需要定制變壓器，因?yàn)樵谑袌?chǎng)上無(wú)法獲得理想匝數(shù)比的變壓器。

變壓器驅(qū)動(dòng)器可以通過(guò)將電源系統(tǒng)的元件集成到一個(gè)集成電路 (IC) 中來(lái)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。一種類型的變壓器驅(qū)動(dòng)器是控制器，該元件負(fù)責(zé)以正確的占空比驅(qū)動(dòng)反激式電路的初級(jí)側(cè)開關(guān)、電源電路所需的反饋機(jī)制、輸入電壓的欠壓鎖定，以及可能的過(guò)流保護(hù)功能。圖 3-6 展示了該拓?fù)洹Ｊ褂每刂破鞯囊粋€(gè)優(yōu)勢(shì)是，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)柵極上的外部電阻器控制用于驅(qū)動(dòng)初級(jí)側(cè)開關(guān)的壓擺率。這有助于控制感應(yīng) EMI。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，設(shè)計(jì)人員可以靈活地單獨(dú)選擇開關(guān)，從而在必要時(shí)能夠驅(qū)動(dòng)更多電流。某些系統(tǒng)可能也傾向于使用控制器，因?yàn)榭刂破髟试S設(shè)計(jì)人員靈活地將初級(jí)側(cè)開關(guān)置于 PCB 上不太可能導(dǎo)致熱問題的區(qū)域。對(duì)于此應(yīng)用，LM34966-Q1 是一款不錯(cuò)的控制器，其具有 2.97V 至 40V 的寬輸入電壓范圍（絕對(duì)最大額定值為 -0.3V 至 45V），能夠承受汽車負(fù)載突降和冷啟動(dòng)情況。

另一種變壓器驅(qū)動(dòng)器是轉(zhuǎn)換器，它不僅具備與控制器相同的優(yōu)勢(shì)，還集成了開關(guān)，從而有助于縮小和簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，同時(shí)降低成本，如圖 3-7 所示。然而，集成開關(guān)限制了調(diào)整壓擺率的能力，也無(wú)法控制其引起的 EMI。LM25180-Q1 是一款適用于反激式應(yīng)用的轉(zhuǎn)換器，因?yàn)樗哂?4.5V 至 42V 的寬輸入范圍（絕對(duì)最大額定值為 -0.3V 至 45V）。該器件還集成了輔助繞組，為電源設(shè)計(jì)提供了初級(jí)側(cè)調(diào)節(jié) (PSR)，從而簡(jiǎn)化了變壓器設(shè)計(jì)。

為了幫助改善 EMI 并降低 PTC 加熱器模塊設(shè)計(jì)中所需的變壓器成本，設(shè)計(jì)人員可以選擇使用 LLC 拓?fù)洌ㄕ?qǐng)參閱圖 3-8），而不是傳統(tǒng)的反激式設(shè)計(jì)。LLC 可以通過(guò)使用諧振開關(guān)來(lái)幫助提高效率，這種開關(guān)技術(shù)使用電感器和電容器來(lái)在開關(guān)期間產(chǎn)生正弦電流和電壓。該方法有助于消除開關(guān)轉(zhuǎn)換損耗，從而提高效率。此類拓?fù)渲羞€具有低寄生電容，能夠有效減輕 EMI，因此設(shè)計(jì)人員可以使用比反激式轉(zhuǎn)換器中更便宜的變壓器。然而，LLC 拓?fù)涫情_環(huán)拓?fù)洌虼溯斎牖蜉敵龅淖兓療o(wú)法被精確控制。LLC 的另一個(gè)功能性缺點(diǎn)是，它無(wú)法像反激式轉(zhuǎn)換器那樣接受一定范圍的輸入電壓，因此需要像 LM5157-Q1 這樣的前置穩(wěn)壓器 IC。轉(zhuǎn)換器也廣泛用于幫助簡(jiǎn)化 LLC 設(shè)計(jì)。一個(gè)很好的 LCC 轉(zhuǎn)換器選擇是 UCC25800-Q1，因?yàn)樗梢酝ㄟ^(guò)啟用軟開關(guān)來(lái)幫助進(jìn)一步降低 EMI。

推挽式拓?fù)湟策m用于多種高壓汽車應(yīng)用，包括 PTC 加熱器控制模塊。反激式轉(zhuǎn)換器在開關(guān)周期的一個(gè)階段將能量存儲(chǔ)在電感器中，然后在另一個(gè)階段將其傳輸?shù)截?fù)載，與反激式轉(zhuǎn)換器不同，推挽式轉(zhuǎn)換器通過(guò)變壓器將功率從初級(jí)側(cè)傳輸?shù)酱渭?jí)側(cè)。推挽式拓?fù)淙?a xmlns:opentopic="http://www.idiominc.com/opentopic" class="xref" href="#FIG_GDQ_ZYS_PCC">圖 3-9 中所示。

這是在沒有模擬反饋或環(huán)路穩(wěn)定的情況下實(shí)現(xiàn)的。它也是一種開環(huán)配置，因此不需要反饋，從而簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。推挽式拓?fù)涞娜秉c(diǎn)是缺乏負(fù)載調(diào)節(jié)。推挽式拓?fù)涞闹饕獌?yōu)勢(shì)之一是簡(jiǎn)化了變壓器設(shè)計(jì)。中心抽頭變壓器很容易找到，并且具有不同的匝數(shù)比，因此無(wú)需設(shè)計(jì)定制變壓器。很多時(shí)候，您還可以找到具有多個(gè)輸出的變壓器，如果沒有現(xiàn)成的，設(shè)計(jì)變壓器相對(duì)簡(jiǎn)單，僅涉及兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：最小 V-t 乘積和匝數(shù)比。這些器件的數(shù)據(jù)表中列出了來(lái)自多個(gè)供應(yīng)商的、常用輸入/輸出電壓軌的現(xiàn)成變壓器。

轉(zhuǎn)換器還可用于幫助縮小和簡(jiǎn)化推挽式設(shè)計(jì)。SN6507-Q1 提供了較大的輸入電壓（絕對(duì)最大值為 60V）和線路調(diào)節(jié)能力，能夠滿足大多數(shù)高壓汽車應(yīng)用的要求。

SN6507-Q1 可用于隔離低壓邏輯軌，以便為隔離器供電。為各個(gè)隔離器提供獨(dú)立的隔離式電源解決方案，不僅簡(jiǎn)化了主要隔離式電源解決方案的設(shè)計(jì)，同時(shí)還有助于簡(jiǎn)化 PCB 布局設(shè)計(jì)。

直流/直流模塊也可用于 PTC 加熱器模塊。它們集成了初級(jí)側(cè)開關(guān)和電源的變壓器，顯著減小了布板空間和高度，并簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)（請(qǐng)參閱圖 3-10）。直流/直流模塊顯著減少了所需的分立式元件數(shù)量。這些 IC 還集成了隔離柵。直流/直流模塊也有助于簡(jiǎn)化分布式電源架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，即每個(gè)開關(guān)驅(qū)動(dòng)器一個(gè)電源。這通過(guò)提供多個(gè)負(fù)載點(diǎn)來(lái)支持獨(dú)立的故障點(diǎn)檢測(cè)，提高了系統(tǒng)可靠性。如果一個(gè)電源出現(xiàn)故障，系統(tǒng)的其余部分仍然可以正常運(yùn)行。然而，采用這種解決方案時(shí)，如果輸入電壓范圍超過(guò)直流/直流模塊的絕對(duì)最大額定值，設(shè)計(jì)人員可能需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)前置穩(wěn)壓器。雖然單個(gè) IC 的成本相對(duì)高于轉(zhuǎn)換器 IC，但通過(guò)將如此多的元件集成在一起，能夠節(jié)省總系統(tǒng)成本，從而帶來(lái)商業(yè)上的優(yōu)勢(shì)。盡管這些 IC 的效率往往較低，但由于不需要計(jì)算和考慮多個(gè)分立式元件，因此節(jié)省了大量設(shè)計(jì)時(shí)間。在 PTC 加熱器模塊中，UCC14141-Q1 是一個(gè)不錯(cuò)的直流/直流模塊選擇，尤其是當(dāng) PTC 加熱器模塊使用 800V 或更高電壓的電池時(shí)，因?yàn)樵撝绷?直流模塊具有 5kV_RMS 隔離額定值。它還為設(shè)計(jì)人員提供了一種超低厚度（高度為 3.55mm）的隔離式電源解決方案。