技術脈動
過去20年來，高密度隔離式DC/DC電源轉換領域有了長足的進步。回顧20年前，功率密度為30W/in3的全磚和半磚DC/DC轉換器的推出在用戶和提供電源產品的公司中造成巨大的迴響。這些轉換器除了用在電信應用中，還開創了在資料通信和工業系統中採用分散式電源架構的先河。那時，一些公司爭先恐後地進入這一市場，緊追這一領域的領導者。很多提供電源產品的公司經歷了幾年艱苦的開發工作後，將產品推向了市場，他們開發了自己的磁性元件、拓墣和控制電路，總是在努力超過自己以前的產品和來自競爭對手的同類產品。大多數產品的佔用板面積相同，還有一些產品的尺寸和引腳數量獲得了專利。今天，這類產品的板面積已有1/4、1/8、1/16磚等類型了。現在，幾乎每個主要電源產品公司都有高密度隔離式 DC/DC 轉換器產品線，這些產品線或者是經由收購其他公司獲得的，或者是內部開發的，目前這類產品的功率密度已經超過200W/in3了。
特定應用拓墣DC/DC控制器的推出，MOSFET開關、VDS額定值和RDS(ON)的改進以及Pulser Engineering、Coilcraft、Tokin等公司提供的現售平面電源變壓器和電感器為設計師提供了不同的隔離式DC/DC轉換器開發途徑。人們常常需要自製隔離式 DC/DC 轉換器，需要完全控制所用元件，以在產品的整個壽命期內保證品質和設計完整性。其他原因也許包括需要標準產品不提供的附加功能，或需要特殊的外形尺寸、甚至是為了降低成本。
凌力爾特公司擁有全線特定拓墣控制器，可用在高密度隔離式DC/DC轉換器中實現返馳式、順向式、推挽、全橋和相位調變全橋拓墣。有或沒有同步整流的版本都有，有些版本有光耦合器，還有些版本用一個變壓器來閉合回授迴路。有兩種基本的輸入電壓範圍，一種適用於工業市場(9V至36V)，另一種適用於電信/資料通信市場(36V至75V)，還有些版本在18V至75V的輸入電壓範圍內工作。凌力爾特公司對所有這些拓墣和輸入電壓範圍都提供預裝配設計，輸出電壓範圍為1.2V至48V。用戶可以獲得展示板、電氣原理圖、材料單和用於 PCB設計的Gerbers檔。《快速起動指南》提供性能曲線，包括負載/電壓調節、漣波與雜訊、效率和暫態響應。
隔離式順向轉換器
高密度隔離式DC/DC轉換器最流行的拓墣之一是順向轉換器，這種轉換器可以提供高達500W的功率，在有些情況下還能提供更高的功率。凌力爾特公司同時提供單開關和雙開關順向式控制器，這些控制器用主端和副端積體電路實現同步MOSFET的控制、定時和驅動。降壓型轉換器設計師長期以來一直受益於這些最新控制器積體電路所能實現的簡單性、高效率和快速暫態響應，這些控制器積體電路具有同步整流和多相*PolyPhase)交錯功率級。不過，順向轉換器現在也提供同樣的功能了。LTC3706副端同步控制器及其伴隨元件主端智慧驅動器LTC3725可以用來開發具有降壓型轉換器那樣的簡單性和性能的隔離式順向轉換器。
如圖1所示，凌力爾特公司的1/8磚展示電路DC1031A-B在副端採用了 LTC3706控制器，在主端採用了自啟動LTC3725智慧驅動器。加上輸入電壓後，LTC3725開始輸出電壓的受控軟啟動。輸出電壓開始上升時，副端控制器LTC3706經由T1、D1和Q2迅速加電。然後LTC3706透過信號變壓器T2向主端驅動器LTC3725發送PWM閘極編碼脈衝，以承擔控制輸出電壓的任務。接著，LTC3725作為一個簡單的驅動器工作，經由T2接收輸入信號和偏置電源信號。圖1還顯示了這個3.3V輸出電路的效率曲線。輸出電壓範圍為0.6V至52V，視輸出電壓的不同，在固定工作頻率時可以達到95%以上的效率，頻率可在 100kHz至500kHz範圍內選擇。
圖1：隔離式同步整流順向轉換器原理圖和相關效率曲線
實現高密度隔離式DC/DC順向轉換器的另一種方法是採用LT1952-1主端控制器和LTC3900副端同步檢波器控制器。這個電路可以用或不用實現輸出電壓回授的光耦合器，不用光耦合器的電路，這個電路是個非常有用的“匯流排轉換器”，就中間匯流排轉換而言，可以接受±5%的總體輸出電壓調節。既然下游存在負載點(POL穩壓器，而且負載點穩壓器通常有2:1的輸入電壓範圍，因此不那麼嚴格調節的匯流排轉換器不會出現調節問題，允許經由去掉光耦合器和有關驅動器來簡化電路，這還帶來了提高總體效率的附加好處。輸出電壓回授得自T1變壓器額外的初級繞組。這個電路的效率高達95%，用光耦合器閉合回授迴路的直接輸出電壓檢測也可以納入，而且可以獲得好於±0.5%的總體調節。這個單開關順向轉換器以高達500kHz的開關頻率工作，在高達500W的功率級時可以產生從1.23V到52V的輸出電壓。
隔離式同步和非同步返馳轉換器
設計隔離式DC/DC轉換器的一個最簡單且得到公認的方法是採用返馳拓墣。這種拓墣通常用於高達80W的功率級，僅需要一個磁性元件，即電源變壓器，無需輸出電感器，因此簡化了設計並降低了成本。
圖3所示電路是凌力爾特公司的DC1100A展示板，該電路將18V至72V的輸入轉換成隔離式3.3V/3A輸出，效率為82%，佔板面積為1.6英寸 x 0.55英寸。這個設計採用了LTC3803電流模式返馳PWM控制器和LT4430光耦合器驅動器，這兩個元件都採用纖巧6引腳ThinSOT封裝。LTC3803以固定的200kHz或 300kHz頻率工作，具有非常低的啟動電流，僅為40uA。低啟動電流的好處是，能夠用阻值高的輸入電阻和電容值低的電容器實現電源快速啟動，而且電路尺寸較小，功耗較低。一旦該元件進入工作狀態，就可以經由蕭特基二極體和串聯電阻用一個單獨的初級變壓器繞組供電，以進一步提高效率。就非隔離式設計而言，輸出電壓經由相同的二極體和電阻電路，可以用來為LTC3803 供電。
LTC3803的過流保護閘限電壓為固定的10mV，這允許該元件使用低值、低功率電流檢測電阻(就10W輸出和48V輸入電壓設計而言，典型值為68mΩ、1/4W)，從而進一步降低了功耗。LTC3803可以調節低至0.8V的輸出電壓，具有內部軟啟動功能，可降低浪湧電流，降低輸出電壓過沖。恒定頻率工作一直保持至輕負載，從而在寬負載電流範圍內產生較少的低頻雜訊。基於 LTC3803的電源具有可調斜率補償，以最低的輸出電容實現快速暫態響應。
LT4430是光耦合器驅動器，在±0.75%容限時具有精確的0.6V電壓基準，還含有高帶寬(9MHz)誤差放大器。這個元件將這3種功能組合到一個封裝中，簡化了設計。LT4430具有3V至20V的寬輸入電源電壓範圍，光耦合器驅動器提供高達10mA的電流，並具有短路保護能力。
凌力爾特公司提供多種返馳控制器，其中之一是採用MSOP-10或3mm x 3mm QFN-10封裝的LTC3805。與LTC3803相比，LTC3805具有更多功能，如工作頻率可編程、同步至外部時鐘、可調軟啟動和可編程接通電壓。用戶在標稱輸入電壓為48V的應用中使用這個元件時，也許想對元件編程，以在較高的電壓而不是9V(在欠壓閉鎖時通常是這樣)上接通。可編程性是經由 RUN 引腳上的分壓器實現的。LTC3805也是電流模式PWM控制器，啟動時僅需要40uA電流。
對較高效率(高達90%)的隔離式返馳轉換器的需求日益增加。傳統上，在隔離式返馳電源中同時實現簡單性和高效率一直很難。實現高效率常常需要使用先進的副端同步整流電路，這種電路一度只用於較高功率的應用。這會增加元件數以及同步驅動器、基準電壓和通常用來保持隔離的光耦合電路的設計複雜性。幸運的是，一些具有突破性的積體電路使得在同步返馳拓墣中同時實現高效率和簡單性成為可能。凌力爾特公司的LT3825和LT3837經由提供精確的同步整流定時、去除回授迴路中的光耦合器同時保持卓越的調節和卓越的迴路響應，簡化了低輸出電壓、中功率返馳電源並提高了這類電源的性能。
結論
廣泛提供的專用主端和副端控制積體電路允許各公司設計自己的高密度 DC/DC轉換器，而不必經過設計師們幾年前還要經歷的長開發週期。各公司自己設計隔離式電源轉換器可以完全控制設計和所用元件，能夠設計標準產品可能不提供的專閘功能，並常常可以實現較低的總體成本。隨著特定拓墣控制器、現售平面磁性元件、專用電路、展示板以及PCB展示板Gerber檔的出現，用戶擁有了全面的電源轉換設計所需的產品，因此開發自己的隔離式 DC/DC 轉換器就更容易了。
過去20年來，高密度隔離式DC/DC電源轉換領域有了長足的進步。回顧20年前，功率密度為30W/in3的全磚和半磚DC/DC轉換器的推出在用戶和提供電源產品的公司中造成巨大的迴響。這些轉換器除了用在電信應用中，還開創了在資料通信和工業系統中採用分散式電源架構的先河。那時，一些公司爭先恐後地進入這一市場，緊追這一領域的領導者。很多提供電源產品的公司經歷了幾年艱苦的開發工作後，將產品推向了市場，他們開發了自己的磁性元件、拓墣和控制電路，總是在努力超過自己以前的產品和來自競爭對手的同類產品。大多數產品的佔用板面積相同，還有一些產品的尺寸和引腳數量獲得了專利。今天，這類產品的板面積已有1/4、1/8、1/16磚等類型了。現在，幾乎每個主要電源產品公司都有高密度隔離式 DC/DC 轉換器產品線，這些產品線或者是經由收購其他公司獲得的，或者是內部開發的，目前這類產品的功率密度已經超過200W/in3了。
特定應用拓墣DC/DC控制器的推出，MOSFET開關、VDS額定值和RDS(ON)的改進以及Pulser Engineering、Coilcraft、Tokin等公司提供的現售平面電源變壓器和電感器為設計師提供了不同的隔離式DC/DC轉換器開發途徑。人們常常需要自製隔離式 DC/DC 轉換器，需要完全控制所用元件，以在產品的整個壽命期內保證品質和設計完整性。其他原因也許包括需要標準產品不提供的附加功能，或需要特殊的外形尺寸、甚至是為了降低成本。
凌力爾特公司擁有全線特定拓墣控制器，可用在高密度隔離式DC/DC轉換器中實現返馳式、順向式、推挽、全橋和相位調變全橋拓墣。有或沒有同步整流的版本都有，有些版本有光耦合器，還有些版本用一個變壓器來閉合回授迴路。有兩種基本的輸入電壓範圍，一種適用於工業市場(9V至36V)，另一種適用於電信/資料通信市場(36V至75V)，還有些版本在18V至75V的輸入電壓範圍內工作。凌力爾特公司對所有這些拓墣和輸入電壓範圍都提供預裝配設計，輸出電壓範圍為1.2V至48V。用戶可以獲得展示板、電氣原理圖、材料單和用於 PCB設計的Gerbers檔。《快速起動指南》提供性能曲線，包括負載/電壓調節、漣波與雜訊、效率和暫態響應。
隔離式順向轉換器
高密度隔離式DC/DC轉換器最流行的拓墣之一是順向轉換器，這種轉換器可以提供高達500W的功率，在有些情況下還能提供更高的功率。凌力爾特公司同時提供單開關和雙開關順向式控制器，這些控制器用主端和副端積體電路實現同步MOSFET的控制、定時和驅動。降壓型轉換器設計師長期以來一直受益於這些最新控制器積體電路所能實現的簡單性、高效率和快速暫態響應，這些控制器積體電路具有同步整流和多相*PolyPhase)交錯功率級。不過，順向轉換器現在也提供同樣的功能了。LTC3706副端同步控制器及其伴隨元件主端智慧驅動器LTC3725可以用來開發具有降壓型轉換器那樣的簡單性和性能的隔離式順向轉換器。
如圖1所示，凌力爾特公司的1/8磚展示電路DC1031A-B在副端採用了 LTC3706控制器，在主端採用了自啟動LTC3725智慧驅動器。加上輸入電壓後，LTC3725開始輸出電壓的受控軟啟動。輸出電壓開始上升時，副端控制器LTC3706經由T1、D1和Q2迅速加電。然後LTC3706透過信號變壓器T2向主端驅動器LTC3725發送PWM閘極編碼脈衝，以承擔控制輸出電壓的任務。接著，LTC3725作為一個簡單的驅動器工作，經由T2接收輸入信號和偏置電源信號。圖1還顯示了這個3.3V輸出電路的效率曲線。輸出電壓範圍為0.6V至52V，視輸出電壓的不同，在固定工作頻率時可以達到95%以上的效率，頻率可在 100kHz至500kHz範圍內選擇。
圖1：隔離式同步整流順向轉換器原理圖和相關效率曲線
實現高密度隔離式DC/DC順向轉換器的另一種方法是採用LT1952-1主端控制器和LTC3900副端同步檢波器控制器。這個電路可以用或不用實現輸出電壓回授的光耦合器，不用光耦合器的電路，這個電路是個非常有用的“匯流排轉換器”，就中間匯流排轉換而言，可以接受±5%的總體輸出電壓調節。既然下游存在負載點(POL穩壓器，而且負載點穩壓器通常有2:1的輸入電壓範圍，因此不那麼嚴格調節的匯流排轉換器不會出現調節問題，允許經由去掉光耦合器和有關驅動器來簡化電路，這還帶來了提高總體效率的附加好處。輸出電壓回授得自T1變壓器額外的初級繞組。這個電路的效率高達95%，用光耦合器閉合回授迴路的直接輸出電壓檢測也可以納入，而且可以獲得好於±0.5%的總體調節。這個單開關順向轉換器以高達500kHz的開關頻率工作，在高達500W的功率級時可以產生從1.23V到52V的輸出電壓。
隔離式同步和非同步返馳轉換器
設計隔離式DC/DC轉換器的一個最簡單且得到公認的方法是採用返馳拓墣。這種拓墣通常用於高達80W的功率級，僅需要一個磁性元件，即電源變壓器，無需輸出電感器，因此簡化了設計並降低了成本。
圖3所示電路是凌力爾特公司的DC1100A展示板，該電路將18V至72V的輸入轉換成隔離式3.3V/3A輸出，效率為82%，佔板面積為1.6英寸 x 0.55英寸。這個設計採用了LTC3803電流模式返馳PWM控制器和LT4430光耦合器驅動器，這兩個元件都採用纖巧6引腳ThinSOT封裝。LTC3803以固定的200kHz或 300kHz頻率工作，具有非常低的啟動電流，僅為40uA。低啟動電流的好處是，能夠用阻值高的輸入電阻和電容值低的電容器實現電源快速啟動，而且電路尺寸較小，功耗較低。一旦該元件進入工作狀態，就可以經由蕭特基二極體和串聯電阻用一個單獨的初級變壓器繞組供電，以進一步提高效率。就非隔離式設計而言，輸出電壓經由相同的二極體和電阻電路，可以用來為LTC3803 供電。
LTC3803的過流保護閘限電壓為固定的10mV，這允許該元件使用低值、低功率電流檢測電阻(就10W輸出和48V輸入電壓設計而言，典型值為68mΩ、1/4W)，從而進一步降低了功耗。LTC3803可以調節低至0.8V的輸出電壓，具有內部軟啟動功能，可降低浪湧電流，降低輸出電壓過沖。恒定頻率工作一直保持至輕負載，從而在寬負載電流範圍內產生較少的低頻雜訊。基於 LTC3803的電源具有可調斜率補償，以最低的輸出電容實現快速暫態響應。
LT4430是光耦合器驅動器，在±0.75%容限時具有精確的0.6V電壓基準，還含有高帶寬(9MHz)誤差放大器。這個元件將這3種功能組合到一個封裝中，簡化了設計。LT4430具有3V至20V的寬輸入電源電壓範圍，光耦合器驅動器提供高達10mA的電流，並具有短路保護能力。
凌力爾特公司提供多種返馳控制器，其中之一是採用MSOP-10或3mm x 3mm QFN-10封裝的LTC3805。與LTC3803相比，LTC3805具有更多功能，如工作頻率可編程、同步至外部時鐘、可調軟啟動和可編程接通電壓。用戶在標稱輸入電壓為48V的應用中使用這個元件時，也許想對元件編程，以在較高的電壓而不是9V(在欠壓閉鎖時通常是這樣)上接通。可編程性是經由 RUN 引腳上的分壓器實現的。LTC3805也是電流模式PWM控制器，啟動時僅需要40uA電流。
對較高效率(高達90%)的隔離式返馳轉換器的需求日益增加。傳統上，在隔離式返馳電源中同時實現簡單性和高效率一直很難。實現高效率常常需要使用先進的副端同步整流電路，這種電路一度只用於較高功率的應用。這會增加元件數以及同步驅動器、基準電壓和通常用來保持隔離的光耦合電路的設計複雜性。幸運的是，一些具有突破性的積體電路使得在同步返馳拓墣中同時實現高效率和簡單性成為可能。凌力爾特公司的LT3825和LT3837經由提供精確的同步整流定時、去除回授迴路中的光耦合器同時保持卓越的調節和卓越的迴路響應，簡化了低輸出電壓、中功率返馳電源並提高了這類電源的性能。
結論
廣泛提供的專用主端和副端控制積體電路允許各公司設計自己的高密度 DC/DC轉換器，而不必經過設計師們幾年前還要經歷的長開發週期。各公司自己設計隔離式電源轉換器可以完全控制設計和所用元件，能夠設計標準產品可能不提供的專閘功能，並常常可以實現較低的總體成本。隨著特定拓墣控制器、現售平面磁性元件、專用電路、展示板以及PCB展示板Gerber檔的出現，用戶擁有了全面的電源轉換設計所需的產品，因此開發自己的隔離式 DC/DC 轉換器就更容易了。
