EEPW獨(dú)家采訪：isoPower的成功之道

  在科技圈，很多專利技術(shù)的發(fā)明并不是為了制造某個(gè)產(chǎn)品，而是為了減輕工程師們的壓力，isoPower^?技術(shù)就是其中的代表。ADI公司的isoPower^?技術(shù)采用專有的iCoupler^?芯片級(jí)變壓器，可在單封裝中實(shí)現(xiàn)隔離式dc-dc轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)隔離的集成，幫助設(shè)計(jì)工程師擺脫光耦合器的成本、尺寸、功耗、性能和可靠性限制，在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)隔離。近日，EEPW編輯有幸采訪到ISO的聯(lián)合創(chuàng)始人——陳寶興博士，請(qǐng)他解密iosPower的成功之道。

陳寶興博士為ADI公司院士，ISO的聯(lián)合創(chuàng)始人，并以首席技術(shù)官的身份，一直致力于領(lǐng)導(dǎo)開展核心產(chǎn)品iCoupler^?及isoPower^?的技術(shù)研發(fā)工作。他還負(fù)責(zé)主掌芯片級(jí)熱電采集器的研發(fā)工作，同時(shí)積極推動(dòng)微通道散熱器AnalogGarage計(jì)劃的落實(shí)。陳寶興擁有密歇根大學(xué)電氣工程碩士學(xué)位和物理學(xué)博士學(xué)位。

（以下為采訪內(nèi)容）

EEPW：isoPower? 芯片級(jí)變壓器技術(shù)的低輻射和低噪聲是如何實(shí)現(xiàn)的？

陳寶興（以下簡(jiǎn)稱陳）：isoPower使用芯片級(jí)變壓器提供完全集成的隔離電源，這些片內(nèi)變壓器需要在180MHz左右的高頻下切換，以維持變壓器的高品質(zhì)因數(shù)并實(shí)現(xiàn)高效功率傳輸。但是，除了效率挑戰(zhàn)，在如此高的頻率下切換還會(huì)帶來EMI挑戰(zhàn)。交叉耦合開關(guān)與隔離變壓器耦合，形成高頻（約180MHz）諧振LC諧振器，以最小柵極驅(qū)動(dòng)損失將電源發(fā)送到隔離柵另一端，而輸出調(diào)節(jié)則通過低頻（約600KHz）PWM打開/關(guān)閉諧振器。為了在不使用縫合電容的情況下通過簡(jiǎn)單的2層PCB實(shí)現(xiàn)低于CISPRB類要求的EMI，在主交叉耦合開關(guān)中隨機(jī)添加了多組額外的交叉耦合開關(guān)，從而動(dòng)態(tài)更改LC諧振器的諧振頻率。EMI峰值顯著降低，隔離電源傳輸在160Mhz至220MHz頻帶間均勻分配。

EEPW：采用該技術(shù)是否可以省去另外設(shè)計(jì)EMI抑制電路？對(duì)EMI要求較高的電路，又該如何另外配置EMI抑制電路，有哪些比較常用的配置方案？

陳：為了滿足EN55022 Class B的輻射要求，新的isoPower芯片只需要在副邊選用兩顆低成本鐵氧體磁珠來阻斷副邊電源上的高頻共模電流，不再需要縫合電容或安規(guī)跨接電容。

EEPW：isoPower在安全性方面有怎樣的技術(shù)考量和表現(xiàn)？

陳：iCoupler和isoPower廣泛應(yīng)用于工業(yè)、汽車和醫(yī)療應(yīng)用，已交付超過25億個(gè)隔離通道。這些片內(nèi)變壓器的隔離依賴于堆疊初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間的厚（大于20um）聚酰亞胺層。晶圓級(jí)工藝聚酰亞胺層提供超高均勻性以及出色的介電強(qiáng)度和ESD性能。isoPower產(chǎn)品可提供增強(qiáng)的隔離性能，其抗浪涌能力大于10kV，并具備5KVrms1min UL額定值。

EEPW：您認(rèn)為市面上還有哪些比較好的電源隔離技術(shù)，相較而言，isoPower具體性能優(yōu)勢(shì)在哪里？可否給一些具體性能數(shù)據(jù)對(duì)比？

陳：小型化和低輻射是isoPower的兩大突出優(yōu)勢(shì)，我們已經(jīng)推出了業(yè)界最小的低輻射隔離

電源芯片ADuM5028。此外芯片級(jí)隔離電源比模塊化隔離電源提供了更高的可靠性和一致性。

EEPW：isoPower技術(shù)目前除了配合iCoupler技術(shù)應(yīng)用外，還可以與哪些方案進(jìn)行整合應(yīng)用，是否可以與其他廠商的相關(guān)方案整合應(yīng)用？

陳：基于isoPower和iCoupler技術(shù)，ADI已經(jīng)推出了業(yè)界集成度最高的隔離接口芯片，例如帶隔離電源的隔離RS-485芯片和帶隔離電源的隔離CAN芯片。

EEPW：可否列舉一個(gè)isoPower技術(shù)典型器件中的應(yīng)用案例？

陳：isoPower技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化，能源傳輸和轉(zhuǎn)換，新能源，汽車等領(lǐng)域。采用isoPower和iCoupler相結(jié)合的隔離電源芯片，在提供隔離電源的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)通訊隔離，不同的隔離數(shù)字通道配置可以實(shí)現(xiàn)SPI，UART，I2C等通訊接口的隔離。為客戶產(chǎn)品的小型化，縮短設(shè)計(jì)周期，減少采購(gòu)成本等方面提供價(jià)值。舉一個(gè)例子，在工業(yè)PLC中需要設(shè)計(jì)多通道溫度測(cè)量系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)通道之間的隔離，傳統(tǒng)的隔離電源設(shè)計(jì)會(huì)使用占用較大空間的變壓器，而通道間的隔離使得傳統(tǒng)方案占用空間的缺點(diǎn)愈加突出。若采用isoPower技術(shù)，僅僅用一顆集成了數(shù)字隔離通道的isoPower芯片就可以完全實(shí)現(xiàn)前端ADC供電隔離和SPI通訊隔離。極大的節(jié)省PCB的面積，減少了物料數(shù)量。下圖便是16通道路路隔離的溫度測(cè)量單元，采用了ADI的技術(shù)之后每一路只有兩顆芯片和少量被動(dòng)元件。

EEPW：作為isoPower技術(shù)的開創(chuàng)者，可否講一講這項(xiàng)技術(shù)在研發(fā)過程中遇到過怎樣的阻礙或瓶頸，預(yù)計(jì)在未來還會(huì)針對(duì)哪些性能做修正和迭代？

陳：isoPower提供極具吸引力的集成優(yōu)點(diǎn)，尺寸小、上市時(shí)間快，無需分立式開關(guān)、二極管或隔離變壓器。但是，片內(nèi)變壓器具有低電感和高電阻，因此需要在超高頻下切換。在大約200MHz的頻率下切換會(huì)帶來重大的EMI和效率挑戰(zhàn)。團(tuán)隊(duì)需要深入了解EMI測(cè)量、EMI模擬方法，并構(gòu)思出創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將EMI減少20db以上，且不會(huì)影響效率。最新的低EMIisoPower產(chǎn)品為客戶顯著簡(jiǎn)化PCB板設(shè)計(jì)。但是，隨著越來越多的客戶要求更加緊湊的隔離集成，對(duì)于熱力受限的設(shè)計(jì)而言，效率變得更加重要。我們正在努力改進(jìn)變壓器，希望提高電感、降低電阻，從而實(shí)現(xiàn)在較低頻率下切換變壓器。這將進(jìn)一步降低EMI并提高效率。

EEPW：請(qǐng)問這項(xiàng)獨(dú)創(chuàng)技術(shù)是在怎樣的機(jī)緣下被開發(fā)出來的？

陳：ADI專有的iCoupler技術(shù)為信號(hào)隔離領(lǐng)域帶來了重大進(jìn)步，代替了速度慢、功耗高且隨時(shí)間推移性能下降的光耦合器。對(duì)于許多工業(yè)檢測(cè)應(yīng)用，除了信號(hào)隔離，高壓側(cè)也需要隔離電源。隔離電源需要許多分立元件，如開關(guān)、二極管和隔離變壓器。除了這些分立元件的尺寸，還需要龐大的PCB板空間。我們發(fā)現(xiàn)許多客戶嘗試設(shè)計(jì)小型隔離電源，希望制造出緊湊的隔離檢測(cè)系統(tǒng)，尤其是那些采用多個(gè)隔離輸入的系統(tǒng)。結(jié)果證明，我們可以使用相同的芯片級(jí)變壓器來將電源傳輸?shù)礁綦x柵的另一端，并且我們可以將信號(hào)隔離的多個(gè)通道與隔離DC/DC集成。isoPower產(chǎn)品在第一批iCoupler產(chǎn)品上市數(shù)年后推出，但在過去十年，同樣取得顯著發(fā)展。盡管技術(shù)不斷發(fā)展，EMI和效率仍是采用時(shí)面臨的兩大障礙。最新的isoPower產(chǎn)品系列旨在解決阻礙采用的EMI問題。

EEPW：isoPower能夠?yàn)檐嚶?lián)網(wǎng)帶來哪些改變？有沒有具體事例可以分享的？

陳：正是由于其易用性和高可靠性，isoPower目前在新能源車的BMS系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用，用于電池前端檢測(cè)芯片的隔離供電和隔離通訊。

EEPW：當(dāng)前幾乎多有電子產(chǎn)品都朝著高度集成化的方向在發(fā)展，那么您認(rèn)為，這對(duì)電源管理解決方案提出哪些新要求？ADI又是如何應(yīng)對(duì)的呢？

陳：在iCoupler產(chǎn)品等集成隔離解決方案推出之前，電源集成通常局限在初級(jí)端或次級(jí)端。集成隔離帶來了許多新的集成機(jī)會(huì)，能夠在兩端同時(shí)集成元件。例如，ADI推出了完全集成的isoPowerRS-485芯片，該芯片顯著降低了RS-485系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，且無需為總線端提供電源。對(duì)于一般的電源管理產(chǎn)品而言，效率始終是最終驅(qū)動(dòng)因素。初級(jí)端和次級(jí)端之間的通信將增加，例如需要同步整流來提高效率。SiC和GaN等較新一代的開關(guān)也將需要具備精準(zhǔn)時(shí)序和高共模瞬變抗擾度(CMTI)的穩(wěn)健柵極驅(qū)動(dòng)器。在滿足這些嚴(yán)苛的時(shí)序和噪音抑制需求方面，ADI的專有電感耦合隔離技術(shù)具備內(nèi)在優(yōu)勢(shì)。我們已推出CMTI大于100kV/us的柵極驅(qū)動(dòng)器系列，并將投資為新一代開關(guān)研發(fā)更加穩(wěn)健的柵極驅(qū)動(dòng)器。