避免隔离设计的隐藏成本，降低风险

电力含量正在上升

对于更小更轻的电气系统来说，这是一个不可否认的趋势，汽车电气化就是一个很好的例子。专业服务公司普华永道估计，到2024年，混合动力汽车和全电动汽车将占全球销量的40％。随着汽车电气化的增加，越来越多的电气元件和系统越来越需要隔离。例如，具有400 V直流电池组的电动汽车正变得越来越普遍，具有明显的安全隐患。

更多电气内容需要更多隔离

提供下一代隔离解决方案带来了数量和挑战的种类增加。这些系统，尤其是隔离系统，涉及复杂的架构和流程，限制了灵活性和灵活性，同时创造了变革的障碍。竞争和全球化的加速步伐迫使企业更加关注上市时间（TTM）和投资回报率（ROI）。这意味着开发团队必须完美地执行压缩计划。随着设计和开发资源的日益严格审查和扩展，所有关键学科都没有深厚的经验。迭代需要保持在最低水平以达到目标投资回报率，但与此同时，来自竞争对手的压力可以快速无情地推动绩效目标，以进一步区分产品。还有新的监管机构和更严格的法规，增加了额外的应用测试和认证层。需求陡峭且风险很高。

了解隔离设计

虽然隔离是隔离设计的重要组成部分，但它并不是设计的简单部分。从确定所需的隔离级别到提供隔离电源以补充隔离数据路径，使解决方案适合可用空间 - 需要评估许多设计权衡。然而，每个新项目都有自己独特的设计目标和设计要求。多种因素，包括技术难度，与先前设计的相似性，调度和资源组合，决定了与Greenfield设计选项相比可以使用多少重用。以最小的更改重用以前的设计或架构方法通常会降低风险并加快执行速度。但是，新功能或性能水平的提高往往决定了对新方法的研究。还可以花费稀缺的开发资源来评估新的和改进的技术，以提供设计的增值部分。

传统方法的局限性

集成的出现隔离式DC-DC转换器通过提供紧凑，易于使用的解决方案和安全认证，使得许多这些考虑因素更容易解决。考虑批准新项目的情景，其中先前的设计将升级为具有其他功能的更高性能指标。团队成员立即精力充沛，准备潜入工作。但是技术项目负责人必须担心可能出错的所有不同事情，并在更严格的预算和进度限制下管理日益增加的复杂性。

在这些项目管理挑战中遇到越来越苛刻的电磁兼容性（EMC ） 要求。越来越多的新兴应用和市场需要符合众多EMC规范，并且随着性能限制的增加，标准不断提高。

现有的分立式解决方案，例如隔离式反激式转换器，具有一些优势，包括低物料清单（BOM）成本，但存在缺点。典型的反激式设计（图1）包含驱动隔离变压器的控制器，在次级上进行整流和滤波，以及光隔离反馈网络。误差放大器需要工程努力来开发补偿网络以稳定电压回路，并且取决于光耦合器性能的可变性。通常被视为用于电源的廉价隔离器，光耦合器具有电流传输比（CTR）的变化，这将限制电压反馈性能和有效工作温度范围。 CTR参数定义为输出晶体管电流与输入LED电流之比，并且是非线性的，具有显着的单位到单位的可变性。光耦合器在初始CTR中通常具有2：1的不确定性，在高温环境中使用多年后会降低多达50％，例如在高功率和高密度电源中发现的那些。对于项目经理而言，从成本的角度来看，离散反激式方法似乎更好，但在工程工作和技术风险方面需要权衡。

另一个对离散方法的关注在于满足安全标准。安全机构更密切地审查离散设计，因此为离散系统设计获得必要的认证通常会导致多次设计迭代。

系统中的隔离也增加了电源设计的复杂性。典型的非隔离设计具有通常的约束条件，例如输入和输出电压范围，最大负载电流，噪声和纹波，瞬态性能，启动特性等。就其本质而言，隔离栅无法轻松监控输入和输出条件同时使得实现性能指标变得更加困难。单独的接地域也形成偶极天线，穿过屏障的任何共模电流都会激发偶极子并导致不需要的辐射能量。

通过测试

获得离散通过EMC认证的电源设计可能需要几次迭代才能正确完成。 EMC测试冗长且昂贵，要求团队在外部EMC合规性工作中花费数小时准备和监控测试。当问题确实发生时，它会回到实验室进行故障排除和更改。然后必须对设计进行全面重新定性，以确保标准性能指标不会受到修改的影响。然后它返回到EMC设施进行重新测试。

最后阶段是获得必要的安全认证。这是另一个漫长而昂贵的过程，由外部安全机构执行。设计团队必须准备大量文件，并由该机构仔细检查。任何新的东西都经过了额外的审查，因此非常需要重复使用以前认证的电路。如果机构认为它不符合安全要求，则可能需要更改离散的隔离电源设计。一旦修改，设计将再次需要重新定性并通过EMC测试。

更好的解决方案

这些问题的答案是完全集成且经过安全认证的组件，并记录在案EMC性能。一个例子是采用 iso Power ®技术的ADuM5020 / ADuM5028低发射隔离式DC-DC转换器。它们可从5 V直流电源提供高达0.5 W的隔离电源，工作温度范围为-40°C至125°C。这些产品已通过UL，CSA和VDE认证，符合多种系统和组件安全规范。它们在简单的双层印刷电路板（PCB，图2）上满足CISPR 22 / EN 55022 B类辐射发射要求。

小型封装（16引脚和8引脚宽体SOIC）消耗的PCB面积非常小，并且不需要安全电容来满足排放目标。这使得隔离电源电路比分立方法更小且更便宜，例如嵌入式拼接电容器需要四层或更多层并具有定制间距以产生正确的电容。

满足更多隔离的需求更复杂

随着汽车和其他车辆电气化的增加，对隔离的需求也在增加。与此同时，竞争的加剧推动了降低成本和缩短上市时间的必要性。加上这些因素是更严格的监管要求和隔离设计的固有复杂性。传统的隔离方法无法成功满足市场需求和挑战的这种融合。完全集成且经过安全认证的隔离式DC-DC转换器具有记录的EMC性能，为系统设计人员提供了更好的解决方案。它们可以显着降低设计复杂性并确保更好的EMC测试和合规性。通过减少重新设计，重新定性和重新测试的时间，设计人员可以减少电路板空间，降低风险，降低成本并缩短产品上市时间。