基于ADI iCoupler系列的数字电源隔离解决方案

强大栅极驱动功能的4A隔离式半桥栅极驱动器ADuM7223提供独立的隔离式高端和低端输出。图4显示了隔离式栅极驱动器解决方案。

图4. 隔离式栅极驱动器解决方案

在图5中，将ADuM7223隔离式栅极驱动器配置为自举栅极驱动器来驱动半桥。D_BST是外部自举二极管，C_BST是外部自举电容。在低端MOSFET Q2开启的每个周期内，V_DD会通过自举二极管为自举电容充电。为最大限度降低功耗，需要使用正向压降低且反向恢复时间短的超快二极管。

图5. 隔离式栅极驱动器配置为自举栅极驱动器

原边控制

由于原边控制无需辅助隔离电源，并且具有简单的控制架构，因此在某些低成本应用中，原边控制更为普遍。根据隔离控制路径，下文论述了三种解决方案：线性光耦合器、普通光耦合器（带标准放大器）以及隔离式放大器。

线性光耦合器

隔离数字电源中的输出电压通常需要快速准确的隔离反馈。光耦合器经常用于将来自副边的模拟信号发送到原边，但其CTR会随着温度而发生极大变化，且性能也会随着时间推移而下降。图6显示了TCET1100的归一化CTR与环境温度特性。在该图中，CTR的变化率在–25°C到+75°C的范围内会超过30%。

图6. TECT1100的归一化CTR与温度

如果在反馈环路中直接使用普通光耦合器来传输输出电压时，很难保证输出电压精度。而普通光耦合器与误差放大器配合使用，一般是传输补偿信号而不是输出电压信号。而ADP1051在芯片内部已实现了数字环路补偿，因此不再需要补偿信号。一种解决方案是使用线性光耦合器来线性传输输出电压，如图7所示。但线性光耦合器成本高昂，这意味着用户必须支付额外费用。

图7. 线性光耦合器解决方案

普通光耦合器（带标准放大器）

另外可使用一个普通光耦合器和一个标准放大器来实现原边控制电路，如图8所示。在本例中，可实现高输出电压精度，不会因为光耦合器的CTR温度变化而发生大幅变化。测量结果表明，输出电压变化范围为±1%，当CTR范围为100%-200%。

图8. 光耦合器（带放大器）解决方案

CTR公式如下

当CTR随温度而变化时，放大器的输出将补偿此变化以保持输出电压的高精度。需要注意的是，放大器的稳定工作点和摆幅范围应设计得足以满足CTR随温度而变化的要求，以防放大器的输出饱和。

隔离式放大器

第三种解决方案是隔离式放大器，比如图9所示的ADuM3190。ADuM3190是一种隔离式放大器，与光耦合器相比，具有高带宽和高精度的特性，因此非常适合具有原边控制器的线性反馈电源。与常用的光耦合器和分流稳压器解决方案相比，该解决方案在瞬态响应、功率密度和稳定性方面均有所提高。只要设计得当，ADuM3190可实现±1%的输出电压精度。

图9. 隔离式放大器解决方案

如今由于电信、网络及计算机电力系统的安全性、高可靠性、高功率密度以及智能管理的要求日益提高，隔离技术将发挥越来越重要的作用。与传统的光耦合器和变压器解决方案相比，ADI的iCoupler ADuM3210、ADuM7223和ADuM3190结合数字电源控制器ADP1051可提供高可靠性、高带宽和高功率密度的解决方案。