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如何簡(jiǎn)化電源隔離設(shè)計(jì),輕松滿足EMI目標(biāo)?

發(fā)布時(shí)間:2020-05-21 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】電子系統(tǒng)需要實(shí)施隔離,它的作用是保護(hù)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(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備、通信和消費(fèi)類產(chǎn)品,它都是一個(gè)基本設(shè)計(jì)元素。
 
電子系統(tǒng)需要實(shí)施隔離,它的作用是保護(hù)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(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備、通信和消費(fèi)類產(chǎn)品,它都是一個(gè)基本設(shè)計(jì)元素。
 
全面考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)的EMC挑戰(zhàn)
眾所知周,芯片級(jí)隔離電源的進(jìn)步可以大大降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,減少元路件數(shù)量,同時(shí)通過(guò)多個(gè)隔離電源實(shí)現(xiàn)空間受限應(yīng)用。輻射發(fā)射一直是一個(gè)挑戰(zhàn),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,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

如何簡(jiǎn)化電源隔離設(shè)計(jì),輕松滿足EMI目標(biāo)?
隔離電源技術(shù):工作原理

如何簡(jiǎn)化電源隔離設(shè)計(jì),輕松滿足EMI目標(biāo)?
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(huì)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(bào)道,50%的產(chǎn)品首次EMC測(cè)試都以失敗告終。這可能是因?yàn)槿狈ο嚓P(guān)知識(shí),且未能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的早期應(yīng)用EMC設(shè)計(jì)技術(shù)。想要最大限度地縮短設(shè)計(jì)時(shí)間和降低項(xiàng)目成本,在項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)就進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)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(jì)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(jí)封裝中可減少組件數(shù)量,進(jìn)而大大節(jié)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(shè)計(jì)更加復(fù)雜,或需要額外組件,因此可能會(huì)抵消集成變壓器所節(jié)省的成本和空間。例如,在PCB級(jí)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(jí)端至初級(jí)端的低阻抗路徑,從而降低RE水平。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),可以在初級(jí)端和次級(jí)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。
 
如何簡(jiǎn)化電源隔離設(shè)計(jì),輕松滿足EMI目標(biāo)?
 
分立式電容是最簡(jiǎn)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(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(dāng)PCB中的兩個(gè)面重合時(shí)就會(huì)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?yàn)樾枰远x層厚來(lái)獲得正確的電容,且PCB需要四層或更多層,所以設(shè)計(jì)復(fù)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(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(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(fù)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(shè)計(jì)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(jì)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在以大幅裕量滿足CISPR22/EN55022B類限制的同時(shí),可以分別跨隔離柵提供500mW和330mW功率。
 
如何簡(jiǎn)化電源隔離設(shè)計(jì),輕松滿足EMI目標(biāo)?
 
ADuM5020采用16引腳寬體SOIC封裝,而對(duì)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(xiàng),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(duì)稱性和線圈驅(qū)動(dòng)電路,有助于將通過(guò)隔離柵的CM電流傳輸最小化。擴(kuò)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(kuò)散到更廣泛的頻段。在次級(jí)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(guī)測(cè)試期間,這些技術(shù)可以改善峰值和準(zhǔn)峰值測(cè)量水平。
 
如何簡(jiǎn)化電源隔離設(shè)計(jì),輕松滿足EMI目標(biāo)?
 
(來(lái)源:亞德諾半導(dǎo)體)
 
 
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