電子系統需要實施隔離，它的作用是保護人員和設備不受高電壓的影響，或者僅僅是消除PCB上不需要的接地回路。在各種各樣的應用中，包括工廠和工業(yè)自動化、醫(yī)療設備、通信和消費類產品，它都是一個基本設計元素。
在類似醫(yī)療或工業(yè)廠房的設備應用中，保護人員和設備不受高電壓的影響至關重要：有線病人監(jiān)護儀需要在除顫期間持續(xù)工作，相關的高壓瞬變會造成沉重的負擔;操控精密機械臂所使用的現代高速通信會受到弧焊和其他設備引起的電氣噪聲干擾，造成重大安全生產事故;等等。因此，為了滿足安全法規(guī)以及降低噪聲，設計人員需要為高壓系統引入隔離。
近日， ADI接口與隔離產品中國區(qū)業(yè)務拓展專家陳捷先生做客ADI智庫在線課程直播，從隔離技術的前景展望看集成電路發(fā)展到 EMI 挑戰(zhàn)及目前主要解決方法延展至ADI新一代具有低輻射發(fā)射的isoPower的產品綜述。
全面考慮產品設計的EMC挑戰(zhàn)
眾所知周，芯片級隔離電源的進步可以大大降低設計的復雜性，減少元路件數量，同時通過多個隔離電源實現空間受限應用。輻射發(fā)射一直是一個挑戰(zhàn)，使用50MHz至200MHz的頻率來減小變壓器尺寸會帶來輻射的增加：
共模電流：寄生電流通過變壓器耦合到副邊
無返回途徑：這些電流不能穿過隔離柵，沒有返回的物理途徑，會形成偶極天線，進而產生輻射
環(huán)路面積：V ISOOUT 和GND 2 引腳連接到平面會增加環(huán)路面積和輻射
拼接電容：為減少偶極輻射，需要為高頻共模電流提供一個低阻抗返回路徑
隔離電源技術：工作原理
挑戰(zhàn)：輻射發(fā)射增加
產品上市前，必須符合EMC規(guī)定。將變壓器和所需的電路集成到更小的封裝中會產生EMI，因此需要采用復雜且成本高昂的RE抑制技術，以滿足電磁兼容性(EMC)法規(guī)的要求。據報道，50%的產品首次EMC測試都以失敗告終。這可能是因為缺乏相關知識，且未能在產品設計階段的早期應用EMC設計技術。想要最大限度地縮短設計時間和降低項目成本，在項目開始時就進行EMC設計是至關重要的。組件的選擇和放置也很重要。將符合行業(yè)標準的器件納入選擇和設計可以提高合規(guī)性。
EMC抑制技術亟需更好的方法
與使用分立式變壓器的傳統方法相比，將變壓器和電路集成到芯片級封裝中可減少組件數量，進而大大節(jié)省PCB空間，但可能會引入更高的輻射發(fā)射。輻射發(fā)射抑制技術會使PCB的設計更加復雜，或需要額外組件，因此可能會抵消集成變壓器所節(jié)省的成本和空間。例如，在PCB級別抑制輻射發(fā)射的一種常見方法是為CM電流形成一個從次級端至初級端的低阻抗路徑，從而降低RE水平。要實現這一點，可以在初級端和次級端之間使用旁路電容。該旁路電容可以是分立式電容，也可以是嵌入式夾層電容。
分立式電容是最簡單的解決方案，可能是有引線或表面安裝組件。它還具有適用于2層PCB的優(yōu)點，但分立式電容價格昂貴且體積龐大，會占用寶貴的PCB空間，特別是在可能堆疊了多個組件的隔離柵旁。
另一個不是很理想的解決方案是使用嵌入式旁路電容，當PCB中的兩個面重合時就會形成該電容。此類電容具有一些非常有用的特性，原因在于平行板電容的電感極低，因此在更大的頻率范圍內都有效。它可以提高發(fā)射性能，但因為需要自定義層厚來獲得正確的電容，且PCB需要四層或更多層，所以設計復雜性和成本都會增高。此外，還必須通過隔離的方式，確保內部重疊層的間距滿足相關隔離標準所規(guī)定的最低距離標準。
無論是分立式還是嵌入式，使用旁路電容都不是理想的抑制技術。它雖然可以幫助減少輻射發(fā)射，卻要以增加組件、采用復雜的PCB布局和提高瞬態(tài)敏感性為代價。理想的抑制技術不需要采用旁路電容，因此可以降低成本和PCB設計的復雜性。
ADI新一代isoPower系列產品
新一代isoPower系列產品采用創(chuàng)新的設計技術，可以避免產生大量輻射發(fā)射，甚至在沒有旁路電容的2層板上也不例外。ADuM5020和ADuM5028在以大幅裕量滿足CISPR22/EN55022B類限制的同時，可以分別跨隔離柵提供500mW和330mW功率。
ADuM5020采用16引腳寬體SOIC封裝，而對于ADuM5028，可以選擇的最小封裝是8引腳SOIC。ADuM5020/ADuM5028提供3V和5V兩種電源選項，以及3kV rms額定隔離。
為了減少輻射發(fā)射，ADuM5020/ADuM5028具有出色的線圈對稱性和線圈驅動電路，有助于將通過隔離柵的CM電流傳輸最小化。擴頻技術也被用來降低某一特定頻率的噪聲濃度，并將輻射發(fā)射能量擴散到更廣泛的頻段。在次級端使用低價鐵氧體磁珠會進一步減少輻射發(fā)射。在RE合規(guī)測試期間，這些技術可以改善峰值和準峰值測量水平。
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