電氣含量呈上升趨勢

不可否認，電氣系統的趨勢是更小、更輕，汽車電氣化就是一個典型的例子。專業服務公司普華永道估計，到2024年，混合動力和全電動汽車將占全球銷量的40%。隨著車輛電氣化的增加，越來越多的電氣元件和系統對隔離的需求也越來越大。例如，配備 400 V 直流電池組的電動汽車正變得越來越普遍，具有明顯的安全隱患。

更多的電氣內容需要更多的隔離

提供下一代隔離解決方案帶來了越來越多的挑戰和各種挑戰。這些系統，特別是在隔離方面，涉及復雜的架構和流程，限制了敏捷性和靈活性，同時為變革制造了障礙。競爭和全球化步伐的加快迫使公司更加關注上市時間 （TTM） 和投資回報 （ROI）。這意味著開發團隊必須按照壓縮的時間表完美執行。隨著設計和開發資源越來越受到審查和緊張，在所有關鍵學科中都沒有深厚的經驗。迭代需要保持在最低限度以達到目標投資回報率，但與此同時，來自競爭對手的壓力可以快速、無情地推動性能目標，以進一步區分產品。還有新的監管機構和更嚴格的法規，增加了額外的應用程序測試和認證層。需求是陡峭的，風險是高的。

了解隔離設計

雖然隔離是隔離設計的重要組成部分，但它不是設計的簡單部分。從確定所需的隔離級別，到提供隔離電源以補充隔離數據路徑，再到使解決方案適合可用空間，需要評估許多設計權衡。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、與以前設計的相似性、日程安排和資源，共同決定了與綠地設計選項相比可以采用多少重用。以最少的更改重用以前的設計或架構方法通常可以降低風險并加快執行速度。但是，新功能或性能水平的提高通常要求對新方法進行調查。這也可能是花費稀缺的開發資源來評估新的和改進的技術，以提供設計的增值部分。

傳統方法的局限性

集成隔離式DC-DC轉換器的出現，通過提供緊湊、易于使用且安全認證的解決方案，使許多這些考慮因素更容易解決。考慮一個新項目獲得批準的場景，其中以前的設計將升級到具有附加功能的更高性能指標。團隊成員立即充滿活力，準備投入工作。但是，技術項目負責人必須擔心可能出錯的所有不同事情，并在更嚴格的預算和進度限制下管理日益增加的復雜性。

這些項目管理挑戰之一是滿足日益苛刻的電磁兼容性 （EMC） 要求。越來越多的新興應用和市場要求符合眾多EMC規范，并且隨著性能限制的提高，標準不斷提高。

現有的分立式解決方案，如隔離式反激式轉換器，具有一些優點，包括較低的物料清單（BOM）成本，但也存在缺點。典型的反激式設計（圖1）包含一個驅動隔離變壓器的控制器，在次級上具有整流和濾波功能，以及一個光隔離反饋網絡。誤差放大器需要工程設計來開發補償網絡以穩定電壓環路，并且取決于光耦合器的性能變化。光耦合器通常被視為用于電源的廉價隔離器，其電流傳輸比（CTR）會發生變化，這將限制電壓反饋性能和有效工作溫度范圍。CTR參數定義為輸出晶體管電流與輸入LED電流的比值，并且是非線性的，具有很大的單元間差異。光耦合器的初始CTR通常具有2：1的不確定性，在高溫環境中使用多年后，例如高功率和高密度電源中的CTR中，其性能會下降高達50%。對于項目經理來說，從成本的角度來看，離散的反激式方法似乎更好，但在工程工作和技術風險方面需要權衡。

圖1.典型隔離式反激式DC-DC轉換器。

離散方法的另一個問題是滿足安全標準。安全機構更密切地審查分立式設計，因此獲得分立式系統設計的必要認證通常會導致多次設計迭代。

系統中的隔離也增加了電源設計的復雜性。典型的非隔離設計具有通常的限制，例如輸入和輸出電壓范圍、最大負載電流、噪聲和紋波、瞬態性能、啟動特性等。就其本質而言，隔離柵消除了同時輕松監控輸入和輸出條件的能力，從而使實現性能指標變得更加困難。獨立的接地域也形成偶極子天線，任何穿過勢壘的共模電流都會激發偶極子并導致不需要的輻射能量。

通過測試

要使分立式電源設計通過EMC認證，可能需要幾次迭代才能正確。EMC 測試冗長且昂貴，需要團隊花費大量時間在外部 EMC 合規性機構準備和監控測試。當問題確實發生時，它會返回到實驗室進行故障排除和更改。然后，必須對設計進行完全重新表征，以確保標準性能指標不會因修改而受到影響。然后返回 EMC 設施進行重新測試。

最后階段是獲得必要的安全認證。這是另一個漫長而昂貴的過程，由外部安全機構執行。設計團隊必須準備大量文件，并由機構仔細檢查。任何新事物都會受到額外的審查，這使得重用以前認證的電路非常可取。如果機構認為分立式隔離電源設計不符合安全要求，則可能需要更改其設計。一旦修改，設計將需要再次重新表征并通過EMC測試。

更好的解決方案

這些問題的答案是一個完全集成且經過安全認證的組件，具有記錄在案的EMC性能。ADuM5020/ADuM5028低輻射隔離式DC-DC轉換器就是一個例子，它采用iso電源技術。它們采用 5 V 直流電源提供高達 0.5 W 的隔離電源，工作溫度范圍為 –40°C 至 125°C。 這些產品已通過 UL、CSA 和 VDE 的多個系統和組件安全規范認證。它們在簡單的 2 層印刷電路板上滿足滿載條件下的 CISPR 22/EN 55022 B 類輻射發射要求（PCB，圖 2）。?

圖2.采用ADuM5020的緊湊和簡單的布局。

小型封裝（16 引腳和 8 引腳寬體 SOIC）占用的 PCB 面積非常小，并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方法更小、更便宜，例如嵌入式旁路電容，需要四層或更多層，具有自定義間距才能產生正確的電容。

滿足更多隔離的需求，同時又不增加復雜性

隨著汽車和其他車輛電氣化的不斷發展，隔離的需求也在增加。與此同時，競爭加劇推動了降低成本和縮短上市時間的必要性。再加上更嚴格的監管要求和隔離設計的固有復雜性。這種市場需求和挑戰的匯合，傳統的隔離方法無法成功解決。完全集成且經過安全認證的隔離式DC-DC轉換器具有記錄的EMC性能，為系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復雜性，并確保更好的EMC測試和合規性。由于花在重新設計、重新表征和重新測試上的時間更少，設計人員可以減少電路板空間、降低風險、降低成本并縮短上市時間。

審核編輯：郭婷