给您一个方法简化电源隔离设计，轻松满足EMI目标

亚德诺半导体 2020-05-20 00:00

【TI资料】专为高压系统设计的新型MCU 如何增强电动汽车的实时控制能力？

电子系统需要实施隔离，它的作用是保护人员和设备不受高电压的影响，或者仅仅是消除PCB上不需要的接地回路。在各种各样的应用中，包括工厂和工业自动化、医疗设备、通信和消费类产品，它都是一个基本设计元素。

近日，ADI接口与隔离产品中国区业务拓展专家陈捷先生做客ADI智库在线课程直播，从隔离技术的前景展望看集成电路发展到 EMI 挑战及目前主要解决方法延展至ADI新一代具有低辐射发射的isoPower的产品综述。

全面考虑产品设计的EMC挑战

众所知周，芯片级隔离电源的进步可以大大降低设计的复杂性，减少元路件数量，同时通过多个隔离电源实现空间受限应用。辐射发射一直是一个挑战，使用50MHz至200MHz的频率来减小变压器尺寸会带来辐射的增加：

共模电流：寄生电流通过变压器耦合到副边
无返回途径：这些电流不能穿过隔离栅，没有返回的物理途径，会形成偶极天线，进而产生辐射
环路面积：V_ISOOUT和GND₂引脚连接到平面会增加环路面积和辐射
拼接电容：为减少偶极辐射，需要为高频共模电流提供一个低阻抗返回路径

隔离电源技术：工作原理

挑战：辐射发射增加

产品上市前，必须符合EMC规定。将变压器和所需的电路集成到更小的封装中会产生EMI，因此需要采用复杂且成本高昂的RE抑制技术，以满足电磁兼容性（EMC）法规的要求。据报道，50%的产品首次EMC测试都以失败告终。这可能是因为缺乏相关知识，且未能在产品设计阶段的早期应用EMC设计技术。想要最大限度地缩短设计时间和降低项目成本，在项目开始时就进行EMC设计是至关重要的。组件的选择和放置也很重要。将符合行业标准的器件纳入选择和设计可以提高合规性。

EMC抑制技术亟需更好的方法

与使用分立式变压器的传统方法相比，将变压器和电路集成到芯片级封装中可减少组件数量，进而大大节省PCB空间，但可能会引入更高的辐射发射。辐射发射抑制技术会使PCB的设计更加复杂，或需要额外组件，因此可能会抵消集成变压器所节省的成本和空间。例如，在PCB级别抑制辐射发射的一种常见方法是为CM电流形成一个从次级端至初级端的低阻抗路径，从而降低RE水平。要实现这一点，可以在初级端和次级端之间使用旁路电容。该旁路电容可以是分立式电容，也可以是嵌入式夹层电容。

分立式电容是最简单的解决方案，可能是有引线或表面安装组件。它还具有适用于2层PCB的优点，但分立式电容价格昂贵且体积庞大，会占用宝贵的PCB空间，特别是在可能堆叠了多个组件的隔离栅旁。

另一个不是很理想的解决方案是使用嵌入式旁路电容，当PCB中的两个面重合时就会形成该电容。此类电容具有一些非常有用的特性，原因在于平行板电容的电感极低，因此在更大的频率范围内都有效。它可以提高发射性能，但因为需要自定义层厚来获得正确的电容，且PCB需要四层或更多层，所以设计复杂性和成本都会增高。此外，还必须通过隔离的方式，确保内部重叠层的间距满足相关隔离标准所规定的最低距离标准。

无论是分立式还是嵌入式，使用旁路电容都不是理想的抑制技术。它虽然可以帮助减少辐射发射，却要以增加组件、采用复杂的PCB布局和提高瞬态敏感性为代价。理想的抑制技术不需要采用旁路电容，因此可以降低成本和PCB设计的复杂性。

ADI新一代isoPower系列产品

新一代isoPower 系列产品采用创新的设计技术，可以避免产生大量辐射发射，甚至在没有旁路电容的2层板上也不例外。 ADuM5020和ADuM5028在以大幅裕量满足CISPR22/EN55022B类限制的同时，可以分别跨隔离栅提供500 mW和330mW功率。

ADuM5020采用16引脚宽体SOIC封装，而对于ADuM5028，可以选择的最小封装是8引脚SOIC。ADuM5020/ADuM5028提供3V和5V两种电源选项，以及3kV rms额定隔离。

为了减少辐射发射，ADuM5020/ADuM5028具有出色的线圈对称性和线圈驱动电路，有助于将通过隔离栅的CM电流传输最小化。扩频技术也被用来降低某一特定频率的噪声浓度，并将辐射发射能量扩散到更广泛的频段。在次级端使用低价铁氧体磁珠会进一步减少辐射发射。在RE合规测试期间，这些技术可以改善峰值和准峰值测量水平。