電力含量正在上升

對于更小更輕的電氣系統來說，這是一個不可否認的趨勢，汽車電氣化就是一個很好的例子。專業服務公司普華永道估計，到2024年，混合動力汽車和全電動汽車將占全球銷量的40％。隨著汽車電氣化的增加，越來越多的電氣元件和系統越來越需要隔離。例如，具有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。

更多電氣內容需要更多隔離

提供下一代隔離解決方案帶來了數量和挑戰的種類增加。這些系統，尤其是隔離系統，涉及復雜的架構和流程，限制了靈活性和靈活性，同時創造了變革的障礙。競爭和全球化的加速步伐迫使企業更加關注上市時間（TTM）和投資回報率（ROI）。這意味著開發團隊必須完美地執行壓縮計劃。隨著設計和開發資源的日益嚴格審查和擴展，所有關鍵學科都沒有深厚的經驗。迭代需要保持在最低水平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績效目標，以進一步區分產品。還有新的監管機構和更嚴格的法規，增加了額外的應用測試和認證層。需求陡峭且風險很高。

了解隔離設計

雖然隔離是隔離設計的重要組成部分，但它并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，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，與先前設計的相似性，調度和資源組合，決定了與Greenfield設計選項相比可以使用多少重用。以最小的更改重用以前的設計或架構方法通常會降低風險并加快執行速度。但是，新功能或性能水平的提高往往決定了對新方法的研究。還可以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

集成的出現隔離式DC-DC轉換器通過提供緊湊，易于使用的解決方案和安全認證，使得許多這些考慮因素更容易解決。考慮批準新項目的情景，其中先前的設計將升級為具有其他功能的更高性能指標。團隊成員立即精力充沛，準備潛入工作。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。

在這些項目管理挑戰中遇到越來越苛刻的電磁兼容性（EMC ） 要求。越來越多的新興應用和市場需要符合眾多EMC規范，并且隨著性能限制的增加，標準不斷提高。

現有的分立式解決方案，例如隔離式反激式轉換器，具有一些優勢，包括低物料清單（BOM）成本，但存在缺點。典型的反激式設計（圖1）包含驅動隔離變壓器的控制器，在次級上進行整流和濾波，以及光隔離反饋網絡。誤差放大器需要工程努力來開發補償網絡以穩定電壓回路，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，在高溫環境中使用多年后會降低多達50％，例如在高功率和高密度電源中發現的那些。對于項目經理而言，從成本的角度來看，離散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。

另一個對離散方法的關注在于滿足安全標準。安全機構更密切地審查離散設計，因此為離散系統設計獲得必要的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約束條件，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，隔離柵無法輕松監控輸入和輸出條件同時使得實現性能指標變得更加困難。單獨的接地域也形成偶極天線，穿過屏障的任何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

獲得離散通過EMC認證的電源設計可能需要幾次迭代才能正確完成。 EMC測試冗長且昂貴，要求團隊在外部EMC合規性工作中花費數小時準備和監控測試。當問題確實發生時，它會回到實驗室進行故障排除和更改。然后必須對設計進行全面重新定性，以確保標準性能指標不會受到修改的影響。然后它返回到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，并由該機構仔細檢查。任何新的東西都經過了額外的審查，因此非常需要重復使用以前認證的電路。如果機構認為它不符合安全要求，則可能需要更改離散的隔離電源設計。一旦修改，設計將再次需要重新定性并通過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，并記錄在案EMC性能。一個例子是采用 iso Power ?技術的ADuM5020 / ADuM5028低發射隔離式DC-DC轉換器。它們可從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認證，符合多種系統和組件安全規范。它們在簡單的雙層印刷電路板（PCB，圖2）上滿足CISPR 22 / EN 55022 B類輻射發射要求。

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滿足排放目標。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生正確的電容。

滿足更多隔離的需求更復雜

隨著汽車和其他車輛電氣化的增加，對隔離的需求也在增加。與此同時，競爭的加劇推動了降低成本和縮短上市時間的必要性。加上這些因素是更嚴格的監管要求和隔離設計的固有復雜性。傳統的隔離方法無法成功滿足市場需求和挑戰的這種融合。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。通過減少重新設計，重新定性和重新測試的時間，設計人員可以減少電路板空間，降低風險，降低成本并縮短產品上市時間。