隔离偏置电源如何从源头抑制共模EMI？
小型隔离式电源 可在电动汽车牵引逆变器、工厂控制模块等各种应用中跨越隔离屏障提供电力。本《电源设计小贴士》将剖析不同的隔离式偏置电源拓扑及其电磁干扰 性能。如您所见， 隔离式变压器 两端的寄生电容是导致共模噪声传播的主要因素。
在牵引逆变器中，栅极 驱动器 会驱动大功率开关（通常为绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 或碳化硅 (SiC) MOSFET），实现高压电池与电机之间的能量转换（见图 1）。栅极 驱动器 通常采用隔离设计，其 IC 的一部分连接低压域（初级侧），另一部分连接高压域（次级侧）。栅极驱动控制信号来自初级侧的微控制器，通过隔离屏障传递至次级侧来控制功率开关的通断。
图 1 采用隔离式栅极 的牵引逆变器
隔离式栅极驱动器的次级侧需要一个隔离式电源来进行电源开关的导通和关断（见图 2）。
图 2 隔离式偏置电源跨隔离屏障为隔离式栅极驱动器供电 隔离式偏置电源的额定功率通常相当低，不到 10W。可通过下面的公式估算其功率要求：
其中 VDRV 是栅极驱动电压，Qg 是开关栅极电荷，FSW 是开关的开关频率（不是隔离式偏置电源开关频率）。栅极驱动电压取决于所选择的开关，但通常在正电源轨上为 +15V 至 +25V，在负电源轨上为 –8V 至 0V。
隔离式偏置电源的常见拓扑包括反激式、推挽式和电感器-电感器-电容器 (LLC)。 一些全集成电源模块（封装内含变压器）在初级侧使用全桥配置。德州仪器 的 LM5180-Q1 等反激式转换器具有很高的知名度，可提供良好的输出电压调节能力，效率极高，可设计为不使用光耦合器（使用初级侧调节），并且可提供多路隔离式输出。它们的缺点在于频率范围上受限 (<350kHz)，并且变压器尺寸较大。推挽式转换器和 LLC 转换器结构简单，但没有闭环反馈。这会影响输出电压调节，可能需要前置稳压器和/或后置稳压器。集成式电源模块（例如 TI 的 UCC14341-Q1）可以调节输出电压，并且简单小巧，但它们的缺点是功率输出有限（通常小于 1.5W）并且比替代方案效率更低。
关于不同拓扑的 EMI 性能，您可能会疑问：特定拓扑对电磁兼容性结果的影响更大还是更小？为了解决这些问题，我们首先来考察一下 隔离式变压器 。变压器绕组之间确实存在一些寄生电容，当牵引逆变器开关节点 (VSW) 在 HV+ 和 HV– 节点之间切换时，该电容会进行充电或放电。在开关切换期间，共模电流的短脉冲会对寄生电容充电或放电。 共模电流与寄生电容和开关节点转换率 (dv/dt) 成正比。 您可能已看到，氮化镓 (GaN) 和 SiC 等宽禁带半导体会产生更大的电容或更快的开关节点转换率，从而导致更大的共模电流。图 3 突出显示了此寄生电容以及用于对其进行充电和放电的共模电流。