不可否認

，電氣係統變得更小
、更輕，汽車電氣化就是一個最好的例子。專業服務公司普華永道(PwC)預計，到2024年，混合動力汽車和全電動汽車將占全球銷量的40％。隨著汽車電氣化程度的提高，越來越多的電氣組件和係統需要隔離。例如，配備400 V直流電池組的電動汽車正變得越來越普遍，這帶來明顯的安全隱患。

 

新(xin)一(yi)代(dai)隔(ge)離(li)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)麵(mian)臨(lin)的(de)挑(tiao)戰(zhan)無(wu)論(lun)是(shi)數(shu)量(liang)還(hai)是(shi)類(lei)型(xing)都(dou)在(zai)不(bu)斷(duan)增(zeng)加(jia)。這(zhe)些(xie)係(xi)統(tong)，尤(you)其(qi)是(shi)對(dui)於(yu)隔(ge)離(li)設(she)計(ji)而(er)言(yan)，涉(she)及(ji)複(fu)雜(za)的(de)架(jia)構(gou)和(he)流(liu)程(cheng)
，會(hui)限(xian)製(zhi)敏(min)捷(jie)性(xing)和(he)靈(ling)活(huo)性(xing)
，同(tong)時(shi)也(ye)給(gei)變(bian)革(ge)帶(dai)來(lai)阻(zu)礙(ai)。競(jing)爭(zheng)與(yu)全(quan)球(qiu)化(hua)步(bu)伐(fa)加(jia)速(su)迫(po)使(shi)企(qi)業(ye)更(geng)加(jia)關(guan)注(zhu)上(shang)市(shi)時(shi)間(jian)(TTM)和投資回報(ROI)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)開(kai)發(fa)團(tuan)隊(dui)必(bi)須(xu)在(zai)更(geng)短(duan)的(de)時(shi)間(jian)內(nei)完(wan)美(mei)地(di)執(zhi)行(xing)計(ji)劃(hua)。隨(sui)著(zhe)對(dui)設(she)計(ji)和(he)開(kai)發(fa)資(zi)源(yuan)越(yue)來(lai)越(yue)嚴(yan)密(mi)地(di)審(shen)查(zha)和(he)更(geng)多(duo)的(de)需(xu)求(qiu)
，所(suo)有(you)關(guan)鍵(jian)設(she)計(ji)領(ling)域(yu)尚(shang)缺(que)乏(fa)大(da)量(liang)的(de)經(jing)驗(yan)。需(xu)要(yao)保(bao)持(chi)最(zui)少(shao)迭(die)代(dai)次(ci)數(shu)才(cai)能(neng)夠(gou)達(da)到(dao)投(tou)資(zi)回(hui)報(bao)目(mu)標(biao)，但(dan)與(yu)此(ci)同(tong)時(shi)
，來(lai)自(zi)競(jing)爭(zheng)對(dui)手(shou)的(de)壓(ya)力(li)又(you)會(hui)快(kuai)速(su)無(wu)情(qing)地(di)推(tui)高(gao)性(xing)能(neng)目(mu)標(biao)，這(zhe)樣(yang)才(cai)能(neng)使(shi)產(chan)品(pin)與(yu)眾(zhong)不(bu)同(tong)。新(xin)監(jian)管(guan)機(ji)構(gou)和(he)更(geng)嚴(yan)格(ge)的(de)法(fa)規(gui)又(you)需(xu)要(yao)額(e)外(wai)增(zeng)加(jia)一(yi)層(ceng)應(ying)用(yong)測(ce)試(shi)和(he)認(ren)證(zheng)。需(xu)求(qiu)陡(dou)增(zeng)
，風(feng)險(xian)極(ji)高(gao)。

 

雖然隔離是隔離設計的重要組成部分，但它並不是簡單的設計部分。

 

從確定所需的隔離級別到提供隔離電源以輔助隔離數據路徑，再到使解決方案適合可用空間——需要評估許多設計權衡因素。然而，每個新項目都有自己獨特的設計目標和設計要求。多種因素（包括技術難度
、與先前設計的相似性、時間安排和資源配置）共(gong)同(tong)決(jue)定(ding)了(le)有(you)多(duo)少(shao)設(she)計(ji)可(ke)以(yi)重(zhong)複(fu)利(li)用(yong)和(he)需(xu)要(yao)多(duo)少(shao)全(quan)新(xin)設(she)計(ji)選(xuan)項(xiang)。通(tong)過(guo)極(ji)少(shao)的(de)更(geng)改(gai)，重(zhong)複(fu)利(li)用(yong)先(xian)前(qian)的(de)設(she)計(ji)或(huo)架(jia)構(gou)方(fang)法(fa)通(tong)常(chang)可(ke)以(yi)降(jiang)低(di)風(feng)險(xian)並(bing)加(jia)快(kuai)執(zhi)行(xing)速(su)度(du)。但(dan)是(shi)，新(xin)功(gong)能(neng)或(huo)性(xing)能(neng)水(shui)平(ping) 的提高往往決定了需要研究新方法。將稀缺的開發資源用於評估新技術和改良技術
，提高設計的技術價值

，這一點也很重要。

 

集成隔離式DC-DC轉換器的出現，提供了一個緊湊、yiyongdejiejuefangan，bingjuyouwendanghuadeanquanrenzheng，shideshangshuzhuduokaolvyinsugengrongyidedaojiejue。jiasheyouzheyangyigechangjing，xinxiangmuyihuopizhun，xuyaoshengjixianqiandesheji
，yidadaogenggaodexingnengzhibiaobingjuyougengduogongneng。tuanduichengyuanlijichongmanhuoli
，zhunbeitourugongzuo。raner
，xiangmujishufuzerenbudebuweisuoyoukenengchucuodeyinsuerdanyou，erqiezaigengjinzhangdeyusuanhejinduxianzhixia


，guanlidefuzaxingriyizengjia。

 

滿足越來越嚴苛的電磁兼容性(EMC)要求是這些項目管理挑戰之一。越來越多的新興應用和市場需要符合眾多EMC規範，而且標準也隨更嚴格的性能限製而不斷提高。

 

現有的分立式解決方案（如隔離反激式轉換器）具有物料清單(BOM)成本低等優點
，但也存在一些缺點。典型的反激式設計（圖1）包含驅動隔離變壓器的控製器
、次(ci)級(ji)整(zheng)流(liu)和(he)濾(lv)波(bo)以(yi)及(ji)光(guang)隔(ge)離(li)反(fan)饋(kui)網(wang)絡(luo)。誤(wu)差(cha)放(fang)大(da)器(qi)需(xu)要(yao)開(kai)發(fa)補(bu)償(chang)網(wang)絡(luo)的(de)設(she)計(ji)工(gong)程(cheng)以(yi)穩(wen)定(ding)電(dian)壓(ya)回(hui)路(lu)，並(bing)且(qie)它(ta)的(de)性(xing)能(neng)還(hai)取(qu)決(jue)於(yu)光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)性(xing)能(neng)的(de)一(yi)致(zhi)性(xing)。光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)常(chang)常(chang)被(bei)視(shi)為(wei)廉(lian)價(jia)隔(ge)離(li)器(qi)而(er)用(yong)於(yu)電(dian)源(yuan)，但(dan)其(qi)電(dian)流(liu)傳(chuan)輸(shu)比(bi)(CTR)變化限製了電壓反饋性能和有效工作溫度範圍。CTR參數定義為輸出晶體管電流與輸入LED電流之比，並且它是非線性的，具有明顯的個體差異。光耦合器的初始CTR通常具有2比1的不確定性，在高溫環境中使用多年後下降高達50％（例如在高功率、高密度電源中的光耦合器）。對於項目經理而言

，從成本的角度來看，反激式分離器件方法似乎更好
，但需要權衡工程量和技術風險。

 

圖1：典型隔離式反激DC/DC轉換器。

 

分(fen)立(li)式(shi)方(fang)法(fa)的(de)另(ling)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti)在(zai)於(yu)能(neng)否(fou)滿(man)足(zu)安(an)全(quan)標(biao)準(zhun)。安(an)全(quan)機(ji)構(gou)對(dui)分(fen)立(li)式(shi)設(she)計(ji)的(de)審(shen)查(zha)越(yue)發(fa)嚴(yan)密(mi)，因(yin)此(ci)針(zhen)對(dui)分(fen)立(li)式(shi)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)獲(huo)得(de)必(bi)要(yao)的(de)認(ren)證(zheng)通(tong)常(chang)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)多(duo)次(ci)設(she)計(ji)迭(die)代(dai)。

 

係統中的隔離也增加了電源設計的複雜性。典型的非隔離設計具有常見的約束條件，如輸入電壓和輸出電壓範圍
、最大負載電流、噪聲和紋波、瞬態性能
、啟(qi)動(dong)特(te)性(xing)等(deng)。就(jiu)其(qi)本(ben)質(zhi)而(er)言(yan)，隔(ge)離(li)屏(ping)障(zhang)無(wu)法(fa)同(tong)時(shi)輕(qing)鬆(song)監(jian)控(kong)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)條(tiao)件(jian)，這(zhe)使(shi)得(de)性(xing)能(neng)指(zhi)標(biao)的(de)實(shi)現(xian)更(geng)加(jia)困(kun)難(nan)。分(fen)割(ge)的(de)接(jie)地(di)域(yu)還(hai)會(hui)形(xing)成(cheng)偶(ou)極(ji)天(tian)線(xian)，並(bing)且(qie)穿(chuan)過(guo)勢(shi)壘(lei)的(de)任(ren)何(he)共(gong)模(mo)電(dian)流(liu)將(jiang)激(ji)勵(li)偶(ou)極(ji)子(zi)並(bing)產(chan)生(sheng)無(wu)用(yong)的(de)輻(fu)射(she)能(neng)量(liang)。

 

為使分立式電源設計通過EMC認證
，可能需要進行幾次迭代才能正確完成。EMC測試耗時且昂貴
，團隊需要在外部EMCheguixingjigouhuafeishuxiaoshijinxingzhunbeibingjiankongceshi。yidanwentifashengshi
，youyaohuidaoshiyanshijinxingguzhangpaichuhegenggai。ranhoubixuduishejijinxingquanmiandizhongxinbiaozheng，yiquebaobiaozhunxingnengzhibiaobuhuiyinxiugaiershoudaoyingxiang。jiexialai，zaihuidaoEMC機構進行重新測試。

 

最(zui)後(hou)階(jie)段(duan)是(shi)獲(huo)得(de)必(bi)要(yao)的(de)安(an)全(quan)認(ren)證(zheng)。這(zhe)是(shi)另(ling)一(yi)個(ge)漫(man)長(chang)而(er)昂(ang)貴(gui)的(de)過(guo)程(cheng)
，由(you)外(wai)部(bu)安(an)全(quan)機(ji)構(gou)執(zhi)行(xing)。設(she)計(ji)團(tuan)隊(dui)必(bi)須(xu)準(zhun)備(bei)大(da)量(liang)文(wen)件(jian)
，並(bing)交(jiao)由(you)機(ji)構(gou)仔(zai)細(xi)檢(jian)查(zha)。任(ren)何(he)新(xin)設(she)計(ji)都(dou)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)額(e)外(wai)的(de)審(shen)查(zha)，因(yin)此(ci)重(zhong)複(fu)利(li)用(yong)先(xian)前(qian)已(yi)經(jing)過(guo)認(ren)證(zheng)的(de)電(dian)路(lu)非(fei)常(chang)令(ling)人(ren)期(qi)待(dai)。如(ru)果(guo)機(ji)構(gou)認(ren)定(ding)產(chan)品(pin)不(bu)符(fu)合(he)安(an)全(quan)要(yao)求(qiu)，就(jiu)可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)修(xiu)改(gai)分(fen)立(li)式(shi)隔(ge)離(li)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)。一(yi)旦(dan)進(jin)行(xing)了(le)修(xiu)改(gai)，將(jiang)需(xu)要(yao)再(zai)次(ci)重(zhong)新(xin)表(biao)征(zheng)設(she)計(ji)並(bing)通(tong)過(guo)EMC測試。

 

解決這些問題的答案就是完全集成的
、經過安全認證並有EMC性能文檔的元件。一個例子就是采用isoPower®技術的ADuM5020/ADuM5028低輻射隔離式DC-DC轉換器。這些產品可從5 V直流電源提供高達0.5 W的隔離電源，工作溫度範圍為-40℃至125℃。它們已通過UL、CSA和VDE認證，符合多個係統和元件安全規範。這些產品用於簡單的雙層印刷電路板（pcb，圖2）中
，在滿載條件下可滿足CISPR 22/EN 55022 B類輻射要求。

 

圖2：采用ADuM5020，結構緊湊，布局簡潔。

 

小型封裝（16引腳和8引腳寬體SOIC）僅占用很小的pcb麵積
，並且無需安全電容即可滿足輻射目標。這使得隔離電源電路比分立式方法更小、更便宜
，例如（分立式方法中的）嵌入式拚接電容需要四層或更多層pcb
，並要求有定製間隔以生成正確的電容。

 

隨(sui)著(zhe)汽(qi)車(che)和(he)其(qi)他(ta)交(jiao)通(tong)工(gong)具(ju)的(de)日(ri)益(yi)趨(qu)向(xiang)電(dian)氣(qi)化(hua)，對(dui)隔(ge)離(li)的(de)需(xu)求(qiu)也(ye)在(zai)增(zeng)加(jia)。與(yu)此(ci)同(tong)時(shi)
，激(ji)烈(lie)的(de)競(jing)爭(zheng)使(shi)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)和(he)縮(suo)短(duan)上(shang)市(shi)時(shi)間(jian)顯(xian)得(de)尤(you)為(wei)必(bi)要(yao)。與(yu)這(zhe)些(xie)因(yin)素(su)並(bing)存(cun)的(de)是(shi)更(geng)為(wei)嚴(yan)格(ge)的(de)監(jian)管(guan)要(yao)求(qiu)和(he)隔(ge)離(li)設(she)計(ji)的(de)固(gu)有(you)複(fu)雜(za)性(xing)。傳(chuan)統(tong)的(de)隔(ge)離(li)方(fang)法(fa)無(wu)法(fa)成(cheng)功(gong)應(ying)對(dui)這(zhe)種(zhong)市(shi)場(chang)需(xu)求(qiu)與(yu)挑(tiao)戰(zhan)的(de)融(rong)合(he)。完(wan)全(quan)集(ji)成(cheng)的(de)、經過安全認證並有EMC性能文檔的隔離式DC-DC轉換器，為係統設計人員提供了更好的解決方案。它們可以顯著降低設計複雜性並確保更好的EMC測試效果和合規性。由於在重新設計
、重新表征和重新測試方麵耗費的時間更少，設計人員可以更加專注於如何減小電路板空間、減少風險、降低成本並縮短產品上市時間。