不可否認的趨勢是更小、更輕的電氣系統，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，混合動力和純電動汽車將占全球銷量的 40%。隨著汽車電氣化的增加，越來越多的電氣元件和系統之間對隔離的需求也越來越大。例如，帶有 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。

提供所需的下一代隔離解決方案增加了一系列新挑戰。這些系統，尤其是在隔離方面，涉及復雜的架構和流程，這些架構和流程限制了敏捷性和靈活性，同時為變革創造了障礙。競爭和全球化步伐的加快迫使供應商關注上市時間 （TTM） 和投資回報率 （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捉襟見肘，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一層應用測試和認證。要求很高，風險也很高。

了解隔離設計

雖然隔離是隔離設計的重要組成部分，但它遠非簡單。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——必須評估許多設計權衡。然而，每個新項目都有其獨特的設計目標和要求。

多種因素，包括技術難度、與先前設計的相似性、調度和資源配置，共同決定了可以使用多少重用與新設計選項。重復使用以前的設計或架構方法，只需進行最少的更改，通常會降低風險并加快執行速度。但是，新功能或提高的性能水平通常決定了對新方法的調查。這也可能是花費稀缺的開發資源來評估新技術和改進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、易于使用的解決方案并具有文檔化的安全認證，使許多這些問題更容易解決。考慮一個新項目被批準的場景，其中以前的設計將升級到具有附加功能的更高性能指標。團隊成員立即精力充沛，準備投入工作。但是技術項目負責人必須擔心可能出錯的事情，并在更嚴格的預算和進度限制下管理日益增加的復雜性。

在這些項目管理挑戰中，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需要符合眾多 EMC 規范，并且隨著更嚴格的性能限制而不斷提高標準。

現有的分立解決方案（例如隔離式反激式轉換器）具有一些優勢，包括較低的物料清單 （BOM） 成本，但也存在缺陷。典型的反激式設計（如圖 1 所示）包含一個驅動隔離變壓器的控制器、次級整流和濾波，以及一個光隔離反饋網絡。誤差放大器需要工程設計工作來開發補償網絡以穩定電壓環路，并且取決于光耦合器性能的可變性。

1. 典型的隔離反激式 DC-DC 轉換器

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 電流的比率，并且是非線性的，具有很大的單元間可變性。光耦合器的初始 CTR 通常具有 2:1 的不確定性，在高溫環境（例如高功率和高密度電源中的環境）中使用多年后，其可能會降低高達 50%。對于項目經理來說，從成本的角度來看，離散反激方法似乎更好，但需要在工程工作量和技術風險方面進行權衡。

離散方法的另一個問題在于滿足安全標準。安全機構更密切地審查離散設計，因此獲得離散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復雜性。典型的非隔離設計具有通常的限制條件，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，隔離柵消除了輕松監控輸入的能力和輸出條件同時進行，使得實現性能指標變得更加困難。單獨的接地域也形成了一個偶極子天線，任何穿過屏障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

讓分立電源設計通過 EMC 認證可能需要幾次迭代。EMC 測試耗時且昂貴，需要團隊花費大量時間在外部 EMC 合規性設施中準備和監控測試。當出現問題時，它會返回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。這是另一個由外部安全機構執行的漫長而昂貴的過程。設計團隊必須準備大量文件，并由機構仔細檢查。任何新的東西都會受到額外的審查，因此需要重復使用以前經過認證的電路。如果機構決定不滿足安全要求，則可能需要更改分立式隔離電源設計。一旦修改，設計將再次需要重新表征并通過 EMC 測試。

更好的解決方案

這些問題的答案是完全集成且經過安全認證的組件，具有記錄的 EMC 性能。ADuM5020 / ADuM5028低輻射隔離式 DC-DC 轉換器就是一個例子，它采用了iso Power 技術。它們通過 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。它們在簡單的兩層印刷電路板上滿足 CISPR 22/EN 55022 B 類輻射發射要求。

2. 使用 ADuM5020 進行緊湊而簡單的布局

小封裝占用的 PCB 面積小，無需安全電容即可滿足排放目標。這使得隔離式電源電路比分立式方法更小、更便宜，例如嵌入式拼接電容器需要四層或更多層和定制間距才能產生正確的電容。

審核編輯：郭婷