【導讀】傳統的推挽式和反激式轉換器等隔離式輔助電源解決方案采用笨重
、龐(pang)大(da)且(qie)易(yi)受(shou)振(zhen)動(dong)影(ying)響(xiang)的(de)變(bian)壓(ya)器(qi)
，設(she)計(ji)布(bu)局(ju)也(ye)因(yin)此(ci)變(bian)得(de)複(fu)雜(za)。帶(dai)有(you)外(wai)部(bu)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)隔(ge)離(li)式(shi)輔(fu)助(zhu)電(dian)源(yuan)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)設(she)計(ji)也(ye)會(hui)影(ying)響(xiang)性(xing)能(neng)效(xiao)率(lv)，並(bing)會(hui)導(dao)致(zhi)較(jiao)高(gao)的(de)輻(fu)射(she)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao) (EMI)。

引言

一種優化汽車或工業設計的策略是縮小電源單元的尺寸
，通過減少物理材料和分立元件的數量，在係統級別節省成本。

傳統的推挽式和反激式轉換器等隔離式輔助電源解決方案采用笨重
、龐(pang)大(da)且(qie)易(yi)受(shou)振(zhen)動(dong)影(ying)響(xiang)的(de)變(bian)壓(ya)器(qi)
，設(she)計(ji)布(bu)局(ju)也(ye)因(yin)此(ci)變(bian)得(de)複(fu)雜(za)。帶(dai)有(you)外(wai)部(bu)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)隔(ge)離(li)式(shi)輔(fu)助(zhu)電(dian)源(yuan)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)設(she)計(ji)也(ye)會(hui)影(ying)響(xiang)性(xing)能(neng)效(xiao)率(lv)，並(bing)會(hui)導(dao)致(zhi)較(jiao)高(gao)的(de)輻(fu)射(she)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao) (EMI)。

得益於變壓器設計方麵的突破，集成電路設計人員能夠將變壓器和矽器件完全集成到一個封裝中，從而顯著縮減隔離式直流/直流電源的高度和尺寸。終端用戶無需設計變壓器或降低係統性能，即可獲得小型輕量級的隔離式電源模塊
，實現較高功率密度。

本文將介紹三個汽車和工業應用的基本功能
、隔離式直流/直流電源對這一功能的重要性，以及德州儀器的新型 UCC33420-Q1 電源模塊如何助力設計高效的隔離式直流/直流電源。

用於 BMS 的隔離式直流/直流電源

電池管理係統 (BMS) 的主要功能是監測電池包電壓、電池包電流和電芯電壓。為了符合安全標準，需要監測高壓電池 (>60V) 漏電流以及總線和機箱接地之間的隔離電阻。隔離式直流/直流電源應用於 BMS 的高壓和隔離診斷子係統中，為數字隔離器和電流傳感器提供隔離式電源。

如圖 1 所示，隔離式直流/直流電源輸入從安全電源管理集成電路獲取 5V 電源，轉而向電池斷連單元應用高壓側的數字隔離器
、電壓/電流傳感器或模數轉換器提供 5V 輸出電源。

在使用單個電壓
、電流和絕緣電阻監測器的智能電池接線盒中，隔離式直流/直流電源向電池監測器提供 5V 輸出電壓。與其他推挽式
、分立式解決方案相比，集成變壓器技術的進步可實現更少的印刷電路板麵積，進而優化功率密度、減少係統物料清單 (BOM) 數量並加快產品上市速度。

圖 1 電池斷連單元係統框圖

電動汽車充電

汽車電氣化趨勢方興未艾，對可負擔性和縮短充電時間的需求也隨之增加。縮減電動汽車 (EV) 充電電源模塊的尺寸可以提高效率並降低總體係統成本。

如圖 2 所示

，電動汽車充電站包含數據通信接口（例如控製器局域網 RS-485 接口）和用於電壓和電流檢測的隔離式放大器，它們都需要隔離式直流/直流電源。為了縮短充電時間
，必須提升功率輸出，這往往會增大係統整體尺寸。UCC33420-Q1chicunxiaoqiao，xiaolvchuse，kebangzhuninshejigenggaoxiaodegelishidianyuanxitong
，tongshijieshengzhengtibubankongjian。gaiqijianzaizhichilaizijiaoliushuruxianludegaodianyadetongshi

，haikeyijiangwaibuyuanjiandeshuliangjianshaoduoda 50%。

圖 2 電動汽車充電站係統框圖

PLC I/O 模塊

如圖 3 所示
，高性能可編程邏輯控製器 (PLC) 係統在狹小空間內包含了多個模塊。這些 PLC 係統使用集中式輸入/輸出 (I/O) 模塊與傳感器、螺線管和閥門進行通信。PLC 係統中的隔離式輔助電源必須尺寸小巧
、具有出色的輸出電壓調節功能
，並能夠減少 EMI 和電磁兼容性問題。高功率密度和輸出電壓精度也是常見要求。

UCC33420-Q1 采用 4mm x 5mm 超小型無引線封裝，可提供 1.5W 輸出功率，因此能夠為多個集成電路供電。在 VIN 為 3V 至 3.6V 和 4.5V 至 5.5V 時
，‌UCC33420-Q1 無需後置穩壓器或低壓降穩壓器即可分別提供 5V 和 3.3V 輸出電壓，精度小於 ±3%。

圖 3 PLC 電壓和電流輸出模塊框圖

結語

在變壓器設計領域
，在相同輸出功率級別下
，UCC33420-Q1 的功率密度比分立式變壓器解決方案高 8.5 倍以上。與分立式變壓器解決方案相比，其他創新體現在解決方案尺寸減小 89% 以上
、高度減小 75% 以上以及 BOM 數量減少一半。圖 4 對 UCC33420-Q1 與推挽式轉換器的尺寸進行了比較。

圖 4 UCC33420-Q1 隔離式直流/直流模塊與傳統推挽式轉換器的對比

UCC33420-Q1 將隔離電源變壓器、初級和次級側電橋以及控製邏輯集成到一個封裝中，能夠滿足更小、更輕的汽車和工業應用的需求。

UCC33420-Q1 設計采用 EMI 優化型變壓器，具有 3pF 的初級到次級電容，無需使用 EMI 濾波器即可滿足 CISPR 32 標準。該器件還符合 CISPR 25 標準，具有更少的元件和更簡單的濾波器設計。

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