電子系統(tǒng)需要實施隔離，它的作用是保護人員和設(shè)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(yīng)用中，包括工廠和工業(yè)自動化、醫(yī)療設(shè)備、通信和消費類產(chǎn)品，它都是一個基本設(shè)計元素。
在類似醫(yī)療或工業(yè)廠房的設(shè)備應(yīng)用中，保護人員和設(shè)備不受高電壓的影響至關(guān)重要：有線病人監(jiān)護儀需要在除顫期間持續(xù)工作，相關(guān)的高壓瞬變會造成沉重的負擔(dān);操控精密機械臂所使用的現(xiàn)代高速通信會受到弧焊和其他設(shè)備引起的電氣噪聲干擾，造成重大安全生產(chǎn)事故;等等。因此，為了滿足安全法規(guī)以及降低噪聲，設(shè)計人員需要為高壓系統(tǒng)引入隔離。
近日， ADI接口與隔離產(chǎn)品中國區(qū)業(yè)務(wù)拓展專家陳捷先生做客ADI智庫在線課程直播，從隔離技術(shù)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(chǎn)品綜述。
全面考慮產(chǎn)品設(shè)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(shè)計的復(fù)雜性，減少元路件數(shù)量，同時通過多個隔離電源實現(xiàn)空間受限應(yīng)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(chǎn)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(shù)：工作原理
挑戰(zhàn)：輻射發(fā)射增加
產(chǎn)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(chǎn)生EMI，因此需要采用復(fù)雜且成本高昂的RE抑制技術(shù)，以滿足電磁兼容性(EMC)法規(guī)的要求。據(jù)報道，50%的產(chǎn)品首次EMC測試都以失敗告終。這可能是因為缺乏相關(guān)知識，且未能在產(chǎn)品設(shè)計階段的早期應(yīng)用EMC設(shè)計技術(shù)。想要最大限度地縮短設(shè)計時間和降低項目成本，在項目開始時就進行EMC設(shè)計是至關(guān)重要的。組件的選擇和放置也很重要。將符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的器件納入選擇和設(shè)計可以提高合規(guī)性。
EMC抑制技術(shù)亟需更好的方法
與使用分立式變壓器的傳統(tǒng)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(shù)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(shù)會使PCB的設(shè)計更加復(fù)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(xiàn)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(dāng)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(nèi)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(shè)計復(fù)雜性和成本都會增高。此外，還必須通過隔離的方式，確保內(nèi)部重疊層的間距滿足相關(guān)隔離標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的最低距離標(biāo)準(zhǔn)。
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(shù)。它雖然可以幫助減少輻射發(fā)射，卻要以增加組件、采用復(fù)雜的PCB布局和提高瞬態(tài)敏感性為代價。理想的抑制技術(shù)不需要采用旁路電容，因此可以降低成本和PCB設(shè)計的復(fù)雜性。
ADI新一代isoPower系列產(chǎn)品
新一代isoPower系列產(chǎn)品采用創(chuàng)新的設(shè)計技術(shù)，可以避免產(chǎn)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(qū)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(shù)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(shù)可以改善峰值和準(zhǔn)峰值測量水平。
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