2EP1XXR系列全桥变压器驱动器工作原理（二）——多种方式灵活调节峰值整流应用下的输出电压

如果有哪位细心的读者也试着动动手推导公式，将串联电容电压公式与隔离输出电压合二为一后，就可以发现在实际应用中，Cesr两端的电压并不重要，因为隔离输出电压本质上是包含2EP的供电电压Vdd，变压器匝比TTR，占空比D和峰值整流二极管两端压降Vdf的函数表达式（注：此处为简化计算，用Vdf统一代替前文出现的Vd1f和Vd2f），见下图1。

 这个公式在实践中意味我们不止可以通过占空比D，还可灵活使用Vdd、变压器匝比TTR等来调节峰值整流应用下的输出电压。

图1. 隔离输出电压表达式的演变

首先，我们来看下输入电压变化对隔离输出电压的影响。2EP支持在4.5V~20V的宽输入电源范围内工作，在实际应用中，我们应该选择稳定的输入电压，这才能获得目标的隔离输出电压。

图2是输入电压Vdd变化对隔离输出电压变化的影响示意图，我们假设先前选择的输入电压略有下降，该电压降首先影响内置全桥的输出电压幅值，进而影响到串联电容器的偏移电压幅度。由于占空比D、变压器匝比TTR以及其余器件保持不变，这种初级幅值的变化将进一步传递至次级，并降低次级侧电压及其整流电压。很明显，输入电压的变化会影响到输出电压的幅值，但是正负隔离电压之间的比例关系会有影响吗？

图2. 输入电压VDD变化对隔离输出电压变化的影响示意图

在本例应用中，通常选用二极管的压降在0.4V~0.5V左右，在考虑正负隔离输出电压的比值关系时，若我们忽略副边整流二极管的压降Vdf，也即把Vcc、Vee的表达式简化成(1)和(2)，就能发现正负隔离输出电压幅值的比率是一个仅和D有关的表达式，如下公式(3)所示。

公式(3)在实践中意味着尽管2EP输入电压Vdd变化后会引起输出隔离电压的幅值发生变化，但正负隔离电压之间的比值仅和D有关，若是D未改变，正负隔离电压间的比值也不会变化。

接下来看看变压器传输比变化的影响，TTR与2EP一起用于提供隔离和电压传输特性，2EP可以在灵活的TTR范围内工作，在目标应用条件下，通过计算可得到实现输出电压所需的匝比。下图3是变压器匝比TTR变化对输出电压影响的示意图。

图3. TTR变化对输出电压变化的影响示意图

在本例中，我们假设实际用的变压器的TTR比理论计算值更高，从图中可以看到较初次级侧的高匝数比将降低次级两端电压，最终降低了整流后的输出电压幅值。也即，输出电压与初级侧到次级侧匝比成反比，但是正负输出电压之间的比率关系，如前所述，若是D未发生变化，则仍保持正负电压之比恒定。

在不同应用中需要设定不同的目标输出电压，以上分析可清晰表明，VDD和TTR可调节正负隔离输出电压的幅值，而正负输出电压之间的比率可通过简单的占空比参数变化来调节。2EP130R支持10%~50%的占空比调节，在峰值整流应用中可实现隔离正负输出电压比在1：1~9：1间的调变化。因此，峰值整流隔离输出电压很灵活，可适用于各种各样的功率开关，这使得2EP EiceDRIVER™ Power成为驱动任何功率开关隔离电源的理想集成电路，无论是英飞凌的CoolGAN™ MOS管，CoolMOS™ MOSFET、TRENCHSTOP™ IGBT、CoolSiC™ MOSFET和任何其他功率开关。得益于其高达13W的高功率输出能力，2EP系列不仅支持分立器件，还可应用于各种功率模块。

下图4是一个以三相电机应用为背景，在不同电流等级功率器件驱动供电的配置示意图，涵盖的IGBT电流等级从50A~到600A，对于在指定fsw下的每相开关的驱动功率需求，我们先以经验值设定在0.25~2.5W。2EP可以支持具有两个或更多个输出绕组，或者在同一个2EP上接多个变压器，只要2EP在其输出电流范围内工作，这是进一步降低BOM清单成本，实现低功率要求的好办法。

图4. 2EP支持不同电流等级功率器件驱动应用配置示意图

■ 2EP130R的输入供电电压：VDD=15V

■ 副边整流后的额定正向输出电压值：Vcc=18V

■ 副边整流后的额定负向输出电压值：Vee=-2.5V

■ 整流二极管的额定压降值：Vdf=0.4V

注意以下两点，一是此处设定的输出电压可认为是标称值，轻载下的输出电压增加和重载下的输出电压下降暂忽略不计；二是若考虑到整流二极管的实际正向压降对输出电压的影响，可能需要对计算参数进一步精细调整。

由上一篇文章可知，当以VPRI2为参考时，加载在变压器初级的电压为VOUT1-VOUT2，相对幅值为2*VDD，则加载在变压器次级的电压，也即副边整流前的电压相对幅值为2*VDD/TTR，和整流后的输出电压关系如公式(4)所示：

将(4)代入到上式(5)和(6)，我们便得到包含目标应用参数的D计算公式(7)，代入目标参数计算：

计算所得Duty cycle为13.6%，2EP130R支持的占空比范围是10%~50%，变化梯度是1%，因此在实际使用中需要对Duty cycle取整为D=14%，查表可得对应设定电阻为698ohm，注意这种占空比取整后的偏差会在实际输出值与目标应用电压之间引入轻微偏差，偏差影响可看下文的验证选择计算。

图5. 2EP1XXR的DC引脚设定电阻和Duty Cycle设定值的对应关系图

为了计算变压器匝比，需要将变压器初级侧的总电压与次级侧的总输出电压进行比较，以满足应用需求。由前文可知，2EP130R是一个全桥变压器驱动器，与变压器串联的电容Cesr不会影响到变压器的总变化幅值，变压器初级侧总电压为2*VDD，初、次级侧的总输出电压比值可参考式(4)，变形后即(8)，代入目标参数计算：

在本例中，计算所得的匝比1.41和Würth Elektronik变压器的标准样品(NO:750319377)的匝比非常接近，该变压器的匝比为1.4。在实际应用中，选择一个已公开的标准样品可以适当降低和缩短我们制作样机的成本和周期。当然，在此处匝比的轻微偏差同样会在实际输出值与目标应用电压之间引入轻微偏差，因此，建议将验证选择放在最后一步。

在完成所有所需参数计算后，可以重新代入参数将计算得出的输出电压与目标应用输出电压进行比较：

在本例中，计算所得的Vcc:18.03V与目标应用Vcc:18V的偏差仅为0.2%，计算的Vee:-2.60V与目标应用Vee:-2.5V的偏差为4%。考虑到2EP130R是一个开环变压器驱动器，实际输出电压还需考虑到输入电压的波动，变压器精度和输出负载条件等，本项案例可作为设计之初的简易速算匹配，帮助工程师在选型计算时快速上手，简化设计选择过程。

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