電子系統需要實(shí)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(chǎng)和工業(yè)自動(dòng)化、醫療設備、通信和消費類(lèi)產(chǎn)品,它都是一個(gè)基本設計元素。 近日,ADI接口與隔離產(chǎn)品中國區業(yè)務(wù)拓展專(zhuān)家陳捷先生做客ADI智庫在線(xiàn)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)品設計的EMC挑戰 眾所知周,芯片級隔離電源的進(jìn)步可以大大降低設計的復雜性,減少元路件數量,同時(shí)通過(guò)多個(gè)隔離電源實(shí)現空間受限應用。輻射發(fā)射一直是一個(gè)挑戰,使用50MHz至200MHz的頻率來(lái)減小變壓器尺寸會(huì )帶來(lái)輻射的增加:
共模電流:寄生電流通過(guò)變壓器耦合到副邊
無(wú)返回途徑:這些電流不能穿過(guò)隔離柵,沒(méi)有返回的物理途徑,會(huì )形成偶極天線(xiàn),進(jìn)而產(chǎn)生輻射
環(huán)路面積:VISOOUT和GND2引腳連接到平面會(huì )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(gè)低阻抗返回路徑
隔離電源技術(shù):工作原理
挑戰:輻射發(fā)射增加
產(chǎn)品上市前,必須符合EMC規定。將變壓器和所需的電路集成到更小的封裝中會(huì )產(chǎn)生EMI,因此需要采用復雜且成本高昂的RE抑制技術(shù),以滿(mǎn)足電磁兼容性(EMC)法規的要求。據報道,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)品設計階段的早期應用EMC設計技術(shù)。想要最大限度地縮短設計時(shí)間和降低項目成本,在項目開(kāi)始時(shí)就進(jìn)行EMC設計是至關(guān)重要的。組件的選擇和放置也很重要。將符合行業(yè)標準的器件納入選擇和設計可以提高合規性。
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(jìn)而大大節省PCB空間,但可能會(huì )引入更高的輻射發(fā)射。輻射發(fā)射抑制技術(shù)會(huì )使PCB的設計更加復雜,或需要額外組件,因此可能會(huì )抵消集成變壓器所節省的成本和空間。例如,在PCB級別抑制輻射發(fā)射的一種常見(jiàn)方法是為CM電流形成一個(gè)從次級端至初級端的低阻抗路徑,從而降低RE水平。要實(shí)現這一點(diǎn),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(jiǎn)單的解決方案,可能是有引線(xiàn)或表面安裝組件。它還具有適用于2層PCB的優(yōu)點(diǎn),但分立式電容價(jià)格昂貴且體積龐大,會(huì )占用寶貴的PCB空間,特別是在可能堆疊了多個(gè)組件的隔離柵旁。 另一個(gè)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(gè)面重合時(shí)就會(huì )形成該電容。此類(lèi)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(lái)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(huì )增高。此外,還必須通過(guò)隔離的方式,確保內部重疊層的間距滿(mǎn)足相關(guān)隔離標準所規定的最低距離標準。 無(wú)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、采用復雜的PCB布局和提高瞬態(tài)敏感性為代價(jià)。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設計的復雜性。
ADI新一代isoPower系列產(chǎn)品 新一代isoPower系列產(chǎn)品采用創(chuàng )新的設計技術(shù),可以避免產(chǎn)生大量輻射發(fā)射,甚至在沒(méi)有旁路電容的2層板上也不例外。ADuM5020和ADuM5028在以大幅裕量滿(mǎn)足CISPR22/EN55022B類(lèi)限制的同時(shí),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A(yíng)DuM5028,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(xiàn)圈對稱(chēng)性和線(xiàn)圈驅動(dòng)電路,有助于將通過(guò)隔離柵的CM電流傳輸最小化。擴頻技術(shù)也被用來(lái)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(jià)鐵氧體磁珠會(huì )進(jìn)一步減少輻射發(fā)射。在RE合規測試期間,這些技術(shù)可以改善峰值和準峰值測量水平。
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