【導讀】在類似醫療或工業廠房的設備應用中，保護人員和設備不受高電壓的影響至關重要：有線病人監護儀需要在除顫期間持續工作，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，為了滿足安全法規以及降低噪聲，設計人員需要為高壓系統引入隔離。
在類似醫療或工業廠房的設備應用中，保護人員和設備不受高電壓的影響至關重要：有線病人監護儀需要在除顫期間持續工作，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，為了滿足安全法規以及降低噪聲，設計人員需要為高壓系統引入隔離。
然而，這通常會受到延遲、功耗、成本和尺寸等方面的限制。由于隔離的設計極其復雜，在控制功率和數據信號通過隔離柵時，往往會產生電磁干擾(EMI)，這些輻射發射會對其他電子系統和網絡的性能產生負面影響。傳統方法通常使用分立式電路和變壓器來傳輸功率，但這種方法笨重耗時，會占用寶貴的PCB空間，極大地增加了成本。更經濟高效的解決方案是將變壓器和所需的電路集成到更小外形中，如芯片封裝，但這樣做卻可能會引入更高的輻射發射。針對此現狀，高性能模擬電路公司ADI推出了開創性的isoPower® 芯片級集成隔離電源，可實現使用多個隔離電源的高密度、通道間隔離設計，所需元件更少，占用面積更小。
EMI抑制如何兼顧小尺寸、低成本？這是一個問題
設計隔離式電源可能是設計過程中最具挑戰性的一個方面。構建一個解決方案需要權衡各種設計需求，且需要遵守全球多個不同地區的法規要求。由此做出的犧牲往往帶來了尺寸、重量和性能方面的負面影響，或者降低了滿足EMC標準的能力（EMC是指電子系統在其目標環境中正常工作而不干擾其他系統的能力，在工業、醫療、通信和消費環境中，輻射發射通常必須符合CISPR 11/EN 55011、CISPR 22/EN 55022或FCC Part 15標準）。
電磁干擾標準
若僅僅將變壓器和電路集成到芯片級封裝中，雖然減少了組件數量，但輻射發射抑制技術會使PCB的設計更加復雜（或需要添加額外組件），因此可能會抵消集成變壓器所節省的成本和空間。例如，在PCB級別抑制輻射發射的一種常見方法是為寄生共模（CM）電流形成一個從次級端至初級端的低阻抗路徑，從而降低輻射發射水平。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。然而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射，卻要以增加組件、采用復雜的PCB布局和提高瞬態敏感性為代價。
中心電源和接地層之間形成的內部PCB旁路電容
理想情況下，集成的隔離電源組件應該包含降低芯片輻射發射的措施以取代在外部額外增加復雜的設計。這樣一來，只需將組件放置到2層板上，即可通過嚴格的輻射發射測試，而無需多次制作電路板。
創新低輻射技術完美應對隔離挑戰
ADI公司的下一代isoPower® 系列產品采用創新的設計技術，可以避免產生大量輻射發射，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500 mW和330 mW功率。
ADuM5020 /ADuM5028原理框圖
為了減少輻射發射，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密度，并將輻射發射能量擴散到更廣泛的頻段。在次級端使用低價的鐵氧體磁珠會進一步減少輻射發射。在輻射發射合規測試期間，這些技術可以改善峰值和準峰值測量水平。
概念ADuM5020和鐵氧體特性曲線
上圖顯示了放置在靠近VISO和GNDISO引腳的次級端的鐵氧體磁珠。下一段中用于收集輻射發射圖的鐵氧體是Murata BLM15HD182SN1。這些鐵氧體在寬頻率范圍內具有高阻抗（100MHz時為1800Ω，1GHz時為2700Ω）。這些鐵氧體降低了偶極的有效輻射效率。如下圖所示，因為鐵氧體磁珠的阻抗，CM電流環減小，偶極的有效長度明顯縮短，使得偶極效率降低，輻射發射減少。
使用鐵氧體磁珠來減少有效偶極
ADuM5020/ADuM5028能夠提供即用型直流-直流電源解決方案。這種解決方案的性價比高、復雜性低，占地面積小，且輻射發射性能出色，如果在設計周期開始時就納入到產品設計中，將有助于滿足EMC法規的要求。
高實測裕量助力提高設計靈活性
將ADuM5020/ADuM5028根據CISPR22/EN55022測試指南在10m半波暗室中進行測試。按照標準規定，ADuM5020/ADuM5028評估PCB被放置在距離天線校準點10m遠的非導電工作臺上。確保被測設備（DUT）附近沒有其他導電表面，以及沒有任何外部設備、金屬平面或電纜會干擾DUT的輻射發射測試。同時為了測試ADuM5020/ADuM5028評估板，使用帶板載低壓差穩壓器的電池來保持較小的電源電流環，并消除不必要的布線。
10 m測試室的圖像和評估PCB
測試結果顯示，ADuM5020在輸出電源為5V(500mW)，負載為100mA的情況下，以超過5dB的裕量通過了CISPR22/EN55022測試，這種程度的裕量能夠為設計提供大幅的靈活性。
ADuM5020滿足CLASS B @ 100 mA負載
總結
在當前關乎生命安全的應用中，需要為人員和設備提供可靠的高壓保護的同時，提供更小、更輕的解決方案。ADI公司的下一代isoPower系列產品提供輻射發射抑制技術，無需具備旁路電容仍可滿足EN55022/CISPR22B類標準要求，是實現緊湊、高性價比的隔離設計的理想選擇。
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