簡介

DC/DC 變換器中多個(gè)開關(guān)器件的輔助電源需要獨(dú)立的隔離電源。以全橋變換器為例，橋臂的上管和下管 MOSFET（分別為 HS-FET 和 LS-FET）需要為柵極驅(qū)動(dòng)電路提供隔離電源。傳統(tǒng)方案一般采用自舉電路，用一個(gè)獨(dú)立電源同時(shí)為上層和下層器件供電。這種解決方案簡單、可靠且成本低。

但當(dāng)橋臂中串聯(lián)了多個(gè)開關(guān) MOSFET 時(shí)，電源就需要多個(gè)自舉電路，這對(duì)成本帶來了挑戰(zhàn)。而且，自舉電路中的 HS-FET 電源電壓要比 LS-FET 低，差值為一個(gè)二極管的壓降。因此，兩個(gè) MOSFET 的通態(tài)特性并不完全對(duì)稱。

圖 1 顯示了一個(gè)開關(guān)儲(chǔ)能變換器（STC），其中右側(cè)的三個(gè) LS-FET 可以共享輔助電源，三個(gè) HS-FET 通過自舉電路供電，同時(shí)左側(cè)的四個(gè) MOSFET 需要相應(yīng)的輔助電源供電。

采用自舉電路會(huì)導(dǎo)致電路每一級(jí)都產(chǎn)生一定壓降，從而導(dǎo)致器件導(dǎo)通狀態(tài)的不一致。而且使用多個(gè)獨(dú)立電源會(huì)增加額外的成本。

在模塊化多電平變換器（MMC）中，大量模塊都需要獨(dú)立電源為柵級(jí)驅(qū)動(dòng)電路供電，這更會(huì)引發(fā)成本和復(fù)雜性問題。MPS 的 HR1211 是一款多模式 PFC 和電流模式 LLC 組合控制器，可用于實(shí)現(xiàn)新型輔助電源方式，為電力電子變換器提供多通道、相互隔離且可靠的獨(dú)立電源。

在發(fā)射端采用獨(dú)立電源的無線電源可以通過多個(gè)解耦的接收線圈提供多個(gè)磁隔離的獨(dú)立輔助電源。如圖 2 所示， HR1211、MP1907A MOSFET 驅(qū)動(dòng)器和 MPQ2029-AEC1 低壓差 (LDO) 穩(wěn)壓器協(xié)同工作可提供多個(gè)獨(dú)立輔助電源。該設(shè)計(jì)方案利用無線能量傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多通道磁隔離。

圖 3 所示為采用隔離式獨(dú)立輔助電源的無線充電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。系統(tǒng)參數(shù)定義如下（其中 x = 1、2、3 或 4）：

·VINV:逆變器直流輸入電壓

·LT：發(fā)射線圈

·LF：補(bǔ)償電感

·LRx：接收線圈

·CT、CF 和 CRx：補(bǔ)償電容

·Mx：發(fā)射線圈和接收線圈之間的互感 (LRx)

·VRECx：N 溝道整流器直流輸出電壓

·RLx：N 溝道負(fù)載電阻

圖 4 所示為基于有限元仿真軟件的線圈結(jié)構(gòu)模型。

圖 5 所示為 4 個(gè)相互解耦的接收線圈對(duì)應(yīng)的 PCB 線圈。

本方案簡單、可靠，且滿足電氣隔離和絕緣等級(jí)要求。MPS 產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于輔助電源設(shè)計(jì)，在 PFC 和 LCC 組合控制器、逆變器模塊和 LDO 穩(wěn)壓器之間提供多通道隔離。

PFC 和 LLC 組合控制器

PFC + LLC 電路將來自電網(wǎng)的交流電流（AC）轉(zhuǎn)換為直流電流（DC），能量通過變壓器原邊傳輸?shù)礁边叀?/p>

HR1211 可以通過 UART 接口進(jìn)行配置。其集成節(jié)能技術(shù)可幫助提升整個(gè)工作電壓范圍內(nèi)的效率。 PFC 控制器采用了專利數(shù)字平均電流控制方案，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)導(dǎo)通 (CCM) 和斷續(xù)導(dǎo)通 (DCM)混合工作模式。

逆變器模塊

逆變器用于將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，典型頻率為 85kHz。MOSFET 必須具有足夠的耐壓和散熱能力。通常用數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP) 為驅(qū)動(dòng)器電路生成脈寬調(diào)制 (PWM) 信號(hào)，由驅(qū)動(dòng)器電路控制 MOSFET 的開關(guān)。MP1907A 是一款高頻、100V、半橋、N 溝道功率 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器。其下管（LS）和上管（HS）驅(qū)動(dòng)通道可獨(dú)立控制和匹配，匹配延時(shí)小于 5ns。當(dāng)電源電壓不足時(shí)，HS 和 LS 驅(qū)動(dòng)電壓的欠壓鎖定 (UVLO) 保護(hù)會(huì)強(qiáng)制輸出低電平，且兩個(gè)輸出都保持低電平，直至檢測到任一輸入的上升沿。該器件還集成自舉二極管以減少外部元器件數(shù)量。MP1907A 采用 QFN-10 (3mmx3mm) 封裝。

圖 7 顯示了 MP1907A 的典型應(yīng)用電路。

圖 8 所示為逆變器的電路設(shè)計(jì)原理圖。

低壓差（LDO）穩(wěn)壓器

LDO 穩(wěn)壓器是一種直流降壓線性穩(wěn)壓器；即使輸入電壓 (VIN) 或負(fù)載電流發(fā)生變化，它也能保持穩(wěn)定的輸出電壓 (VOUT)?，F(xiàn)代 LDO 穩(wěn)壓器電路應(yīng)具有體積小、噪聲低、功耗低、價(jià)格低且易于使用等特性。

MPQ2029-AEC1 即是一款低功耗線性穩(wěn)壓器，它采用高壓電池為系統(tǒng)供電。該器件具有 3V 至 40V VIN 范圍、低壓差電壓和低靜態(tài)電源電流。其低靜態(tài)電流和低壓差電壓允許器件在超低功耗水平下運(yùn)行，這也使 MPQ2029-AEC1 成為低功耗微控制器和電池供電設(shè)備的理想選擇。

MPQ2029-AEC1 具有 1.25V 至 15V 的可調(diào) VOUT 范圍。其輸出電流在內(nèi)部受到限制，同時(shí)還具有短路、過載和過熱條件保護(hù)功能。

圖 9 顯示了 MPQ2029-AEC1 的典型應(yīng)用電路。

結(jié)語

本文探討了如何通過 HR1211、MP1907A 和 MPQ2029-AEC1 設(shè)計(jì)多個(gè)獨(dú)立的輔助電源以及無線電力傳輸系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)多通道、磁隔離的獨(dú)立輔助電源方案。相較于采用自舉電路為輔助電源供電的傳統(tǒng)方案，這種獨(dú)立電源供電方案更加簡單、可靠，而且成本低。

如需了解更多詳情，請(qǐng)瀏覽 MPS 豐富的 PFC/LLC 控制器、MOSFET 驅(qū)動(dòng)器和 LDO 產(chǎn)品選項(xiàng)。