電力含量正在上升

對(duì)于更小更輕的電氣系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)不可否認(rèn)的趨勢(shì)，汽車電氣化就是一個(gè)很好的例子。專業(yè)服務(wù)公司普華永道估計(jì)，到2024年，混合動(dòng)力汽車和全電動(dòng)汽車將占全球銷量的40％。隨著汽車電氣化的增加，越來(lái)越多的電氣元件和系統(tǒng)越來(lái)越需要隔離。例如，具有400 V直流電池組的電動(dòng)汽車正變得越來(lái)越普遍，具有明顯的安全隱患。

更多電氣內(nèi)容需要更多隔離

提供下一代隔離解決方案帶來(lái)了數(shù)量和挑戰(zhàn)的種類增加。這些系統(tǒng)，尤其是隔離系統(tǒng)，涉及復(fù)雜的架構(gòu)和流程，限制了靈活性和靈活性，同時(shí)創(chuàng)造了變革的障礙。競(jìng)爭(zhēng)和全球化的加速步伐迫使企業(yè)更加關(guān)注上市時(shí)間（TTM）和投資回報(bào)率（ROI）。這意味著開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)必須完美地執(zhí)行壓縮計(jì)劃。隨著設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)資源的日益嚴(yán)格審查和擴(kuò)展，所有關(guān)鍵學(xué)科都沒(méi)有深厚的經(jīng)驗(yàn)。迭代需要保持在最低水平以達(dá)到目標(biāo)投資回報(bào)率，但與此同時(shí)，來(lái)自競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的壓力可以快速無(wú)情地推動(dòng)績(jī)效目標(biāo)，以進(jìn)一步區(qū)分產(chǎn)品。還有新的監(jiān)管機(jī)構(gòu)和更嚴(yán)格的法規(guī)，增加了額外的應(yīng)用測(cè)試和認(rèn)證層。需求陡峭且風(fēng)險(xiǎn)很高。

了解隔離設(shè)計(jì)

雖然隔離是隔離設(shè)計(jì)的重要組成部分，但它并不是設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單部分。從確定所需的隔離級(jí)別到提供隔離電源以補(bǔ)充隔離數(shù)據(jù)路徑，使解決方案適合可用空間 - 需要評(píng)估許多設(shè)計(jì)權(quán)衡。然而，每個(gè)新項(xiàng)目都有自己獨(dú)特的設(shè)計(jì)目標(biāo)和設(shè)計(jì)要求。多種因素，包括技術(shù)難度，與先前設(shè)計(jì)的相似性，調(diào)度和資源組合，決定了與Greenfield設(shè)計(jì)選項(xiàng)相比可以使用多少重用。以最小的更改重用以前的設(shè)計(jì)或架構(gòu)方法通常會(huì)降低風(fēng)險(xiǎn)并加快執(zhí)行速度。但是，新功能或性能水平的提高往往決定了對(duì)新方法的研究。還可以花費(fèi)稀缺的開(kāi)發(fā)資源來(lái)評(píng)估新的和改進(jìn)的技術(shù)，以提供設(shè)計(jì)的增值部分。

傳統(tǒng)方法的局限性

集成的出現(xiàn)隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器通過(guò)提供緊湊，易于使用的解決方案和安全認(rèn)證，使得許多這些考慮因素更容易解決。考慮批準(zhǔn)新項(xiàng)目的情景，其中先前的設(shè)計(jì)將升級(jí)為具有其他功能的更高性能指標(biāo)。團(tuán)隊(duì)成員立即精力充沛，準(zhǔn)備潛入工作。但是技術(shù)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人必須擔(dān)心可能出錯(cuò)的所有不同事情，并在更嚴(yán)格的預(yù)算和進(jìn)度限制下管理日益增加的復(fù)雜性。

在這些項(xiàng)目管理挑戰(zhàn)中遇到越來(lái)越苛刻的電磁兼容性（EMC ） 要求。越來(lái)越多的新興應(yīng)用和市場(chǎng)需要符合眾多EMC規(guī)范，并且隨著性能限制的增加，標(biāo)準(zhǔn)不斷提高。

現(xiàn)有的分立式解決方案，例如隔離式反激式轉(zhuǎn)換器，具有一些優(yōu)勢(shì)，包括低物料清單（BOM）成本，但存在缺點(diǎn)。典型的反激式設(shè)計(jì)（圖1）包含驅(qū)動(dòng)隔離變壓器的控制器，在次級(jí)上進(jìn)行整流和濾波，以及光隔離反饋網(wǎng)絡(luò)。誤差放大器需要工程努力來(lái)開(kāi)發(fā)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)以穩(wěn)定電壓回路，并且取決于光耦合器性能的可變性。通常被視為用于電源的廉價(jià)隔離器，光耦合器具有電流傳輸比（CTR）的變化，這將限制電壓反饋性能和有效工作溫度范圍。 CTR參數(shù)定義為輸出晶體管電流與輸入LED電流之比，并且是非線性的，具有顯著的單位到單位的可變性。光耦合器在初始CTR中通常具有2：1的不確定性，在高溫環(huán)境中使用多年后會(huì)降低多達(dá)50％，例如在高功率和高密度電源中發(fā)現(xiàn)的那些。對(duì)于項(xiàng)目經(jīng)理而言，從成本的角度來(lái)看，離散反激式方法似乎更好，但在工程工作和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)方面需要權(quán)衡。

另一個(gè)對(duì)離散方法的關(guān)注在于滿足安全標(biāo)準(zhǔn)。安全機(jī)構(gòu)更密切地審查離散設(shè)計(jì)，因此為離散系統(tǒng)設(shè)計(jì)獲得必要的認(rèn)證通常會(huì)導(dǎo)致多次設(shè)計(jì)迭代。

系統(tǒng)中的隔離也增加了電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。典型的非隔離設(shè)計(jì)具有通常的約束條件，例如輸入和輸出電壓范圍，最大負(fù)載電流，噪聲和紋波，瞬態(tài)性能，啟動(dòng)特性等。就其本質(zhì)而言，隔離柵無(wú)法輕松監(jiān)控輸入和輸出條件同時(shí)使得實(shí)現(xiàn)性能指標(biāo)變得更加困難。單獨(dú)的接地域也形成偶極天線，穿過(guò)屏障的任何共模電流都會(huì)激發(fā)偶極子并導(dǎo)致不需要的輻射能量。

通過(guò)測(cè)試

獲得離散通過(guò)EMC認(rèn)證的電源設(shè)計(jì)可能需要幾次迭代才能正確完成。 EMC測(cè)試冗長(zhǎng)且昂貴，要求團(tuán)隊(duì)在外部EMC合規(guī)性工作中花費(fèi)數(shù)小時(shí)準(zhǔn)備和監(jiān)控測(cè)試。當(dāng)問(wèn)題確實(shí)發(fā)生時(shí)，它會(huì)回到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行故障排除和更改。然后必須對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行全面重新定性，以確保標(biāo)準(zhǔn)性能指標(biāo)不會(huì)受到修改的影響。然后它返回到EMC設(shè)施進(jìn)行重新測(cè)試。

最后階段是獲得必要的安全認(rèn)證。這是另一個(gè)漫長(zhǎng)而昂貴的過(guò)程，由外部安全機(jī)構(gòu)執(zhí)行。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)必須準(zhǔn)備大量文件，并由該機(jī)構(gòu)仔細(xì)檢查。任何新的東西都經(jīng)過(guò)了額外的審查，因此非常需要重復(fù)使用以前認(rèn)證的電路。如果機(jī)構(gòu)認(rèn)為它不符合安全要求，則可能需要更改離散的隔離電源設(shè)計(jì)。一旦修改，設(shè)計(jì)將再次需要重新定性并通過(guò)EMC測(cè)試。

更好的解決方案

這些問(wèn)題的答案是完全集成且經(jīng)過(guò)安全認(rèn)證的組件，并記錄在案EMC性能。一個(gè)例子是采用 iso Power ?技術(shù)的ADuM5020 / ADuM5028低發(fā)射隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器。它們可從5 V直流電源提供高達(dá)0.5 W的隔離電源，工作溫度范圍為-40°C至125°C。這些產(chǎn)品已通過(guò)UL，CSA和VDE認(rèn)證，符合多種系統(tǒng)和組件安全規(guī)范。它們?cè)诤?jiǎn)單的雙層印刷電路板（PCB，圖2）上滿足CISPR 22 / EN 55022 B類輻射發(fā)射要求。

小型封裝（16引腳和8引腳寬體SOIC）消耗的PCB面積非常小，并且不需要安全電容來(lái)滿足排放目標(biāo)。這使得隔離電源電路比分立方法更小且更便宜，例如嵌入式拼接電容器需要四層或更多層并具有定制間距以產(chǎn)生正確的電容。

滿足更多隔離的需求更復(fù)雜

隨著汽車和其他車輛電氣化的增加，對(duì)隔離的需求也在增加。與此同時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)的加劇推動(dòng)了降低成本和縮短上市時(shí)間的必要性。加上這些因素是更嚴(yán)格的監(jiān)管要求和隔離設(shè)計(jì)的固有復(fù)雜性。傳統(tǒng)的隔離方法無(wú)法成功滿足市場(chǎng)需求和挑戰(zhàn)的這種融合。完全集成且經(jīng)過(guò)安全認(rèn)證的隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器具有記錄的EMC性能，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了更好的解決方案。它們可以顯著降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性并確保更好的EMC測(cè)試和合規(guī)性。通過(guò)減少重新設(shè)計(jì)，重新定性和重新測(cè)試的時(shí)間，設(shè)計(jì)人員可以減少電路板空間，降低風(fēng)險(xiǎn)，降低成本并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。