編者按：為了減緩地球溫室效應(yīng)，世界各國以全球協(xié)約的方式實(shí)施減排溫室氣體行動(dòng)，中國提出“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)，開始實(shí)施以新基建為核心的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)行動(dòng)，讓科技創(chuàng)新成為減碳的重要手段。從新興的光伏發(fā)電到風(fēng)能發(fā)電、儲(chǔ)能、新能源汽車、充電樁，到傳統(tǒng)的通信基站、服務(wù)器等，大力推廣使用節(jié)能的大功率電源技術(shù)解決方案，而大功率電源技術(shù)進(jìn)一步對(duì)于“隔離技術(shù)”提出了創(chuàng)新挑戰(zhàn)。日前，MPS公司 DC/DC產(chǎn)品線業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理殷亮系統(tǒng)地講解了隔離電源技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案。

隔離與隔離技術(shù)

       大功率電源為什么需要隔離技術(shù)呢？MPS公司 DC/DC產(chǎn)品線業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理殷亮詳細(xì)講述了電源隔離技術(shù)的工作原理。

       首先，隔離從最最直觀的角度來說是安全，大功率電源往往要采用高電壓和大電流來驅(qū)動(dòng)，為了避免人體接觸電子產(chǎn)品的高電壓和大電流，就需要采取隔離手段來保證安全使用。

       從上圖可以看到原邊側(cè)比如是低壓側(cè)，副邊側(cè)比如是高壓側(cè)，原邊側(cè)有可能在設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)有一些人機(jī)交互的按鈕，或者說外殼會(huì)牽涉到人體能夠觸摸到，這時(shí)候如果我們?cè)谠边呥M(jìn)行一個(gè)完全的電氣隔離，就能夠很好的保護(hù)人體和低壓側(cè)的電路，防止高壓側(cè)的電壓沖擊或任何的ESD串?dāng)_干擾到控制側(cè)和人體。

      其次，隔離技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)抗干擾。如果做電氣隔離，原邊側(cè)和副邊側(cè)的地其實(shí)是完全獨(dú)立分開的，沒有任何回路，這樣的就能夠把模擬信號(hào)地和功率地分開。實(shí)際上實(shí)現(xiàn)了一些防噪聲的設(shè)計(jì)。另外在信號(hào)連接上能夠更好地保持穩(wěn)定性，因?yàn)橄鄬?duì)來說，模擬信號(hào)對(duì)這種電平信號(hào)的敏感度會(huì)比高壓側(cè)高，盡可能把它們隔開。

      第三，電子系統(tǒng)往往要用到電平轉(zhuǎn)換，隔離技術(shù)中的兩個(gè)模擬地是分開的，換成高低（high，low）也就是0，1的這種數(shù)字信號(hào)以后，它所對(duì)應(yīng)的輸出電平是由它的供電電壓來決定的，就能夠一次性完成隔離和電平轉(zhuǎn)換的雙重作用。

      在隔離技術(shù)發(fā)展過程中，MPS公司探索出了五種不同的實(shí)現(xiàn)方案，即形成了五種電源隔離類產(chǎn)品。

      一是隔離柵極驅(qū)動(dòng)器。

      它是針對(duì)普通硅MOS或者IGBT或碳化硅這類器件的外部驅(qū)動(dòng)，這個(gè)驅(qū)動(dòng)器是自帶隔離的，原副邊是兩套系統(tǒng)，兩套供電兩套地，只是純粹地傳遞能量和信號(hào)，它中間是有高壓電容進(jìn)行隔離的。

      二是針對(duì)隔離驅(qū)動(dòng)副邊側(cè)進(jìn)行供電的變壓器驅(qū)動(dòng)器。

     它的供電是需要和原邊的輸入電壓進(jìn)行隔離，我們需要用變壓器造一個(gè)輔助的供電系統(tǒng)。

      三是隔離電源模塊。

      當(dāng)客戶在做板級(jí)設(shè)計(jì)，考慮到尺寸、設(shè)計(jì)的復(fù)雜難度和開發(fā)周期，有些客戶會(huì)更傾向于采用隔離電源模塊，隔離電源模塊相當(dāng)于把整個(gè)變壓器的設(shè)計(jì)完全用IC的形式來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也極大地縮短了設(shè)計(jì)的周期。

       四是數(shù)字隔離驅(qū)動(dòng)器。

      與模擬隔離產(chǎn)品的同點(diǎn)在于，它傳遞的是數(shù)字信號(hào)，有若干路的原邊到副邊或者副邊到原邊的信號(hào)傳輸，原副邊都會(huì)有相應(yīng)的供電。

      五是數(shù)字就是隔離放大器。

      這種隔離產(chǎn)品用來檢測(cè)電流/電壓進(jìn)行從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，但同時(shí)它的模擬側(cè)和數(shù)字側(cè)也是兩套不同的供電和接地的系統(tǒng)。

五款先進(jìn)的隔離電源解決方案

     1、 3kW功率級(jí)隔離電源整體方案 

　　針對(duì)3KW功率級(jí)別，MPS推出了一整套電源轉(zhuǎn)換方案，其輸入電壓范圍為85V至265Vac，輸出電壓為48V，包括Totem Pole PFC（圖騰柱PFC）和LLC兩級(jí)電路。它采用了MPS的隔離型門極驅(qū)動(dòng)MP188xx、PFC/LLC控制器MPF320x0、集成電源型數(shù)字隔離器MPQ27800和隔離電流傳感器MCS180x等最新產(chǎn)品。這些器件的協(xié)同設(shè)計(jì)，使得該方案實(shí)現(xiàn)了2.14W/cm3的功率密度，整體轉(zhuǎn)換效率達(dá)到96%。

       2、隔離型門極驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品MP18831 

    MP18831是一款隔離型半橋門極驅(qū)動(dòng)器，具有高達(dá)4A的拉灌峰值電流能力。利用MPS專有的高壓容性隔離技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)5KVRMS的耐受電壓和額定值大于100KV/us的共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）。該門極驅(qū)動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)各類型電源開關(guān)器件，具有傳播延遲短和脈寬失真小的特性，封裝選擇有SOIC-16 NB/WB、LGA-13等。

      3、集成電源型的四通道數(shù)字隔離器——MPQ27800

　　它可以提供高達(dá)150Mbps的傳輸速率和5V/200mA的隔離供電，信號(hào)傳輸方向可以有多種選擇，完美替換傳統(tǒng)的光耦隔離器并提供更佳的性能。同樣地，它采用高壓電容隔離技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)5KVRMS的隔離耐壓。

      4、AC/DC功率轉(zhuǎn)換數(shù)字控制器MPF32010

　　圖騰柱拓?fù)涫褂糜性撮_關(guān)管代替雙升壓拓?fù)渲械亩O管整流器。這種配置方式可以增加整體效率。而且MPF32010集成了整個(gè)控制回路，并能允許用戶通過友好的圖形用戶界面微調(diào)圖騰柱的操作，從而大大簡化了圖騰柱的設(shè)計(jì)。

      5、獨(dú)立的隔離電源模塊MID1W0505，MID6W2424系列

　　MID1W0505A是一款半調(diào)制型、隔離式DC/DC變換器，在-40°C至+125°C工作溫度范圍內(nèi)支持4.5V至5.5V的輸入電壓（VIN）以及高達(dá)1W的輸出功率（POUT），且具有極好的負(fù)載和線性調(diào)整率。MID1W0505A-3支持3kVDC隔離電壓，它在一個(gè)芯片中集成了功率MOSFET、變壓器和反饋電路。