設計磁隔離的多個獨立輔助電源_ACDC_PFC

設計磁隔離的多個獨立輔助電源

2025/4/21 11:22:41

簡介

DC/DC 變換器中多個開關器件的輔助電源需要獨立的隔離電源。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）需要為柵極驅動電路提供隔離電源。傳統方案一般采用自舉電路，用一個獨立電源同時為上層和下層器件供電。這種解決方案簡單、可靠且成本低。

但當橋臂中串聯了多個開關 MOSFET 時，電源就需要多個自舉電路，這對成本帶來了挑戰。而且，自舉電路中的 HS-FET 電源電壓要比 LS-FET 低，差值為一個二極管的壓降。因此，兩個 MOSFET 的通態特性并不完全對稱。

圖 1 顯示了一個開關儲能變換器（STC），其中右側的三個 LS-FET 可以共享輔助電源，三個 HS-FET 通過自舉電路供電，同時左側的四個 MOSFET 需要相應的輔助電源供電。

采用自舉電路會導致電路每一級都產生一定壓降，從而導致器件導通狀態的不一致。而且使用多個獨立電源會增加額外的成本。

在模塊化多電平變換器（MMC）中，大量模塊都需要獨立電源為柵級驅動電路供電，這更會引發成本和復雜性問題。MPS 的 HR1211 是一款多模式 PFC 和電流模式 LLC 組合控制器，可用于實現新型輔助電源方式，為電力電子變換器提供多通道、相互隔離且可靠的獨立電源。

在發射端采用獨立電源的無線電源可以通過多個解耦的接收線圈提供多個磁隔離的獨立輔助電源。如圖 2 所示， HR1211、MP1907A MOSFET 驅動器和 MPQ2029-AEC1 低壓差 (LDO) 穩壓器協同工作可提供多個獨立輔助電源。該設計方案利用無線能量傳輸系統實現了多通道磁隔離。

圖 3 所示為采用隔離式獨立輔助電源的無線充電系統拓撲結構。系統參數定義如下（其中 x = 1、2、3 或 4）：

·VINV:逆變器直流輸入電壓

·LT：發射線圈

·LF：補償電感

·LRx：接收線圈

·CT、CF 和 CRx：補償電容

·Mx：發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 溝道負載電阻

圖 4 所示為基于有限元仿真軟件的線圈結構模型。

圖 5 所示為 4 個相互解耦的接收線圈對應的 PCB 線圈。

本方案簡單、可靠，且滿足電氣隔離和絕緣等級要求。MPS 產品可廣泛應用于輔助電源設計，在 PFC 和 LCC 組合控制器、逆變器模塊和 LDO 穩壓器之間提供多通道隔離。

PFC 和 LLC 組合控制器

PFC + LLC 電路將來自電網的交流電流（AC）轉換為直流電流（DC），能量通過變壓器原邊傳輸到副邊。

HR1211 可以通過 UART 接口進行配置。其集成節能技術可幫助提升整個工作電壓范圍內的效率。 PFC 控制器采用了專利數字平均電流控制方案，可實現連續導通 (CCM) 和斷續導通 (DCM)混合工作模式。

逆變器模塊

逆變器用于將直流電壓轉換為交流電壓，典型頻率為 85kHz。MOSFET 必須具有足夠的耐壓和散熱能力。通常用數字信號處理器 (DSP) 為驅動器電路生成脈寬調制 (PWM) 信號，由驅動器電路控制 MOSFET 的開關。MP1907A 是一款高頻、100V、半橋、N 溝道功率 MOSFET 驅動器。其下管（LS）和上管（HS）驅動通道可獨立控制和匹配，匹配延時小于 5ns。當電源電壓不足時，HS 和 LS 驅動電壓的欠壓鎖定 (UVLO) 保護會強制輸出低電平，且兩個輸出都保持低電平，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量。MP1907A 采用 QFN-10 (3mmx3mm) 封裝。

圖 7 顯示了 MP1907A 的典型應用電路。