編者按：為了減緩地球溫室效應(yīng)，世界各國以全球協(xié)約的方式實施減排溫室氣體行動，中國提出“碳達峰”和“碳中和”目標(biāo)，開始實施以新基建為核心的經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級行動，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)進一步對于“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，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)計的時候會有一些人機交互的按鈕，或者說外殼會牽涉到人體能夠觸摸到，這時候如果我們在原副邊進行一個完全的電氣隔離，就能夠很好的保護人體和低壓側(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)的地其實是完全獨立分開的，沒有任何回路，這樣的就能夠把模擬信號地和功率地分開。實際上實現(xiàn)了一些防噪聲的設(shè)計。另外在信號連接上能夠更好地保持穩(wěn)定性，因為相對來說，模擬信號對這種電平信號的敏感度會比高壓側(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)字信號以后，它所對應(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)動器。
它是針對普通硅MOS或者IGBT或碳化硅這類器件的外部驅(qū)動，這個驅(qū)動器是自帶隔離的，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，它中間是有高壓電容進行隔離的。
二是針對隔離驅(qū)動副邊側(cè)進行供電的變壓器驅(qū)動器。
它的供電是需要和原邊的輸入電壓進行隔離，我們需要用變壓器造一個輔助的供電系統(tǒng)。
三是隔離電源模塊。
當(dāng)客戶在做板級設(shè)計，考慮到尺寸、設(shè)計的復(fù)雜難度和開發(fā)周期，有些客戶會更傾向于采用隔離電源模塊，隔離電源模塊相當(dāng)于把整個變壓器的設(shè)計完全用IC的形式來實現(xiàn)，同時也極大地縮短了設(shè)計的周期。
四是數(shù)字隔離驅(qū)動器。
與模擬隔離產(chǎn)品的同點在于，它傳遞的是數(shù)字信號，有若干路的原邊到副邊或者副邊到原邊的信號傳輸，原副邊都會有相應(yīng)的供電。
五是數(shù)字就是隔離放大器。
這種隔離產(chǎn)品用來檢測電流/電壓進行從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，但同時它的模擬側(cè)和數(shù)字側(cè)也是兩套不同的供電和接地的系統(tǒng)。
五款先進的隔離電源解決方案
1、 3kW功率級隔離電源整體方案
針對3KW功率級別，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兩級電路。它采用了MPS的隔離型門極驅(qū)動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，使得該方案實現(xiàn)了2.14W/cm3的功率密度，整體轉(zhuǎn)換效率達到96%。
2、隔離型門極驅(qū)動產(chǎn)品MP18831
MP18831是一款隔離型半橋門極驅(qū)動器，具有高達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)，可以實現(xiàn)高達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)動器可以驅(qū)動各類型電源開關(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150Mbps的傳輸速率和5V/200mA的隔離供電，信號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
圖騰柱拓撲使用有源開關(guān)管代替雙升壓拓撲中的二極管整流器。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。
5、獨立的隔離電源模塊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1W的輸出功率（POUT），且具有極好的負載和線性調(diào)整率。MID1W0505A-3支持3kVDC隔離電壓，它在一個芯片中集成了功率MOSFET、變壓器和反饋電路。