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半桥隔离式直流-直流转换器设计 1 min Blog 尽管几乎所有的电网电力都是直接以交流电形式产生的，但我们日常使用的电子设备依赖于直流电。在替代能源、电动汽车、基础设施、电机控制和机器人技术等新兴技术中，都依赖于能够接受交流输入、将其整流为直流，并将其转换为所需的标准电压，同时具有高效率和高功率密度的电源转换器。在这些先进技术中，功率密度和效率非常重要，因为这些系统都依赖于以标准电压快速响应时间的高功率传输。 选择直流-直流转换器拓扑非常重要，因为它将决定所需的功率密度和调节水平，以及可以从系统中提取的绝对功率量。我上面提到的现代应用依赖于半桥隔离直流-直流转换器，以平衡高效率电力传输与成本和占地面积的需求。 为什么选择半桥拓扑而不是全桥拓扑呢？当我们审视围绕半桥拓扑的设计要点时，其相对于全桥拓扑的一些优势应该变得明显。我们将检查这些要点，并展示一些示例组件，您可以使用它们来实现自己的半桥隔离直流-直流转换器设计。 隔离半桥拓扑 半桥直流-直流转换器电路在实现驱动、整流、滤波、EMI减少和控制的系统中有一些共同的元素： 耦合元件：这通常指脉冲/功率变压器，或者 光耦合器。开关元件的选择取决于功率输出以及耦合元件的位置和哪个信号被耦合到输出。注意，耦合机制可以内置于门驱动器中。 开关元件：过去这通常是双极性Si晶体管，但新系统正在使用GaN或SiC FETs作为开关元件，以确保高效的电力转换。 门驱动电路：驱动器通常是一个高度集成的PWM发生器，可能会根据开关FETs的门驱动特性在逻辑级别操作。这些组件有时会有一个集成的电流感测引脚，如果有任何波动，驱动器将调整输出。 二极管：这些整流元件通常位于驱动电路/FETs位于输入侧时的输出侧，或者相反。这将确保输出电流始终以相同的方向流动，无论输入电流的方向如何。 下面展示了一些半桥隔离直流-直流转换器设计的示例。您会注意到，耦合元件可以将门驱动信号或功率耦合到输出。 我没有在驱动电路中加入反馈，只是为了防止上面的图片变得杂乱。然而，你当然可以通过一个电流感测电阻和一个电流感测放大器来加入一个反馈环。一些高度集成的驱动组件会内置这种功能，因为它们不是高度可配置的，意味着它们驱动特定的FET以向负载提供特定的电压水平。在任何驱动阶段位于输入侧的电路中，你都需要使用光耦来跨越隔离。 电源还是门驱动耦合？ 这些示例实现了两种类型的耦合：电源耦合和门驱动耦合。只有左上角的实现直接将电源耦合到输出，因此它将用于向负载提供高功率。二极管需要具有高反向击穿电压。输出电感（L1）也需要具有非常低的直流电阻/高电流额定值，以处理传递的功率。这种类型的系统可以根据负载要求以升压或降压模式使用。这种类型的系统通常会作为一个独立的板卡实现，例如在专用的PSU中。 上面显示的所有其他方法都是耦合一个门驱动信号或门使能信号。在门驱动信号被耦合的情况下，耦合元件通常会是一个光耦，假设门驱动处于逻辑电平，尽管也可以使用变压器。所有这些都可以集成到门驱动电路中；除非超出功率额定值是任何关注的问题，否则不必将其放置在单独的组件中。 实现隔离 当输出电流非常高时，将需要隔离。这些电路在如何实现隔离方面的组件各不相同。就PCB布局而言，实现隔离很简单；你只需将地平面分割成两个网络，位于系统的输入和输出侧之间。这在系统的每一侧（输入/输出或主/次）创建了两套不同的电流环路。 门驱动耦合 在门驱动耦合电路中，隔离以三种可能的方式实现：使用光耦、变压器或在门驱动电路中使用结隔离。具体使用哪种方法取决于如何跨隔离间隙耦合功率。如果仅仅是门驱动信号，将是低电压/电流，则光耦或隔离结将是适当的。光耦可以用来仅耦合启动驱动组件的使能信号（在上面的示例中左下角），或者PWM信号可以使用光耦或小型变压器跨隔离间隙耦合（右侧的两个电路）。 阅读文章
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