隔离——基础知识
就直流/直流转换器而言,隔离指的是 电隔离 这意味着电路的两个部分之间没有金属/直接导电通路。隔离层始终会在输入级和输出级之间形成一道屏障,这对于电路的功能、安全性或两者兼而有之都是必需的。.

图 1:典型隔离电路图
在隔离式转换器中,输入级和输出级具有独立的接地;而在非隔离式转换器中,由于输入输出级共用一个接地,电流可以直接在两者之间流动。隔离通常是通过在电路中集成变压器来实现的,这样就可以利用电磁能传输功率。虽然这种方法会造成一定的效率损失,但通过精心设计的变压器,可以最大限度地减少这种损失。.
在某些情况下,需要将信号跨越隔离边界传输。对于需要反馈信号的稳压设备而言,这一点尤为重要。为了保持隔离,这些信号本身也必须隔离。对于交流信号,可以使用小型信号变压器;而对于直流信号,通常使用光耦合器来实现隔离。.
绝缘是通过在导体之间提供电绝缘来实现的,绝缘材料可以是空气,但更常见的是胶带或其他非导电材料。绝缘强度通常用电压来表示,施加高于此电压的电压会导致绝缘失效。.
隔离式转换器——其优势
隔离的最大优势或许在于其安全性,尤其是在市电供电设备中。隔离屏障可以防止危险的市电电压出现在输出端,避免接触——这在医疗等应用中尤为重要,因为患者可能直接连接到电路。.
隔离分为四个主要级别。
- 功能/操作绝缘:这仅出于操作原因,不提供任何防震保护。
- 基本绝缘:单层绝缘材料,提供防震保护
- 补充绝缘:在基本绝缘层上增加一层,以提供冗余。
- 加强型隔热层:单层屏障提供双倍于基本层的保护
在许多应用中,噪声可能是一个问题,而隔离电源由于不共用接地,因此可以将其插入电路中以消除接地环路。这对于将敏感的模拟电源轨与噪声较大的数字电源轨隔离非常有用。.
非隔离式转换器——其优势

图 2:典型的非隔离电路图
一般来说,非隔离式转换器在使用上不如隔离式转换器灵活。但是,对于不需要隔离的应用场景,非隔离式转换器确实带来了一些优势。.
主要区别在于,非隔离式转换器没有变压器,输入输出之间也不需要任何物理隔离,因此通常体积更小、重量更轻。此外,由于无需考虑变压器损耗,效率也更高。.
非隔离式转换器的设计往往更简单,因为任何跨越隔离边界的信号都不需要隔离,从而省去了光耦合器和/或信号变压器。物料清单成本的降低意味着非隔离式转换器的成本通常更低。.
多转换器系统
在需要多路电源轨的更复杂系统中,会使用多个转换器将单个输入电压转换为系统所需的所有电压。如果需要隔离,则并非所有转换器都必须隔离。通常会使用一个‘大容量’转换器将输入电压降至较低水平,然后再进行进一步转换。.
中压轨被称为‘中间总线’,而大容量转换器通常被称为‘中间总线转换器’(IBC)。它们常见于电信系统中,用于将标称的48/53V电池电压转换为12V,然后再由一系列非隔离式转换器产生各种负载所需的电压。由于这些转换器靠近其所供电的负载,因此它们通常被称为‘负载点转换器’(PoL)。.
随着近年来高性能应用(如计算、数据中心和人工智能 (AI))的趋势是将供电电压从 12 V 提高到 48 V,主要是为了降低电流和相关损耗,中间总线方法也逐渐成为一种流行的选择。.
然而,由于这类应用通常由交流/直流开关电源 (SMPS) 供电,因此 IBC 内部通常无需安全隔离,因为 SMPS(如果规格正确)本身就包含系统所需的安全隔离功能。这意味着设计这些系统的工程师可以利用一种新型的非隔离式 IBC,这种 IBC 具有尺寸更小、功率密度更高、效率更高和成本更低等优点。.
Flex 电源模块目前提供多种非隔离式 IBC(集成电源模块)。BMR490 系列是首款产品,基于行业标准的数字四分之一砖结构,能够以高达 1300 W (139 A) 的功率输出提供 12 V 电源,效率高达 97.7%。对于需要更大功率的应用,主动式电流共享功能支持多个设备并联使用。.
目前 BMR350 该系列产品具备 BMR490 的所有功能,并针对性价比进行了进一步优化。该器件的热设计功率上限为 1300 W,峰值功率可达 1700 W——这一特性对于应对启动浪涌电流和瞬态负载尖峰非常有用。 BMR350 效率最高可达 97.7%。.
目前 BMR351 该系列产品将这些功率水平提升到了新的高度,可提供高达 1600 W TDP(热设计功率)和 2320 W 峰值功率。.
目前 BMR310 这是另一款非隔离式IBC解决方案,采用新型开关电容技术,可提供860W的持续功率和高达1060W的峰值功率。利用电容式能量传输和功率器件的软开关技术,可以显著缩小体积并降低高度。除了初始版本仅配备10.3mm高的底板外,未来的版本还将采用开放式框架设计,进一步大幅降低IBC的整体高度,最低可达6.5mm。.
概括
隔离是电源解决方案中一项非常有用的功能,因为它能够提供安全的操作,减少噪声/接地环路,并允许灵活地配置电压轨之间的关系。.
然而,在可以使用非隔离式转换器的情况下,设计人员可以利用其更小的尺寸、更高的功率密度、更好的效率和更低的成本。.
中间总线架构已经流行了几十年,而且直到最近,IBC 一直都是隔离式器件。然而,随着这种架构在高性能计算和数据通信等领域得到应用,由于前端开关电源 (SMPS) 已经具备隔离功能,IBC 本身不再需要隔离。在这种情况下,设计人员可以利用非隔离式 IBC,例如…… BMR350, BMR351 和 BMR310 来自 Flex 电源模块。.