ADI高性能隔离电源解决方案

一、什么是隔离电源

隔离电源是电源的输入端和输出端，是没有任何直接电气连接的一种电源。图1显示的是DC-DC隔离电源，AC-DC只需要在输入端增加整流桥即可。

图1 隔离电源的简单示意图（省略了EMC电路）

从图1可以看出，隔离电源分为:

原边（初级）
变压器
信号隔离器件
高频旁路电容
副边（次级）

二、隔离电源的意义

安全需求

我们常用的各种功率等级的离线式电源，都是隔离电源，因为220V、380V AC 相线、中线对大地都有电压，这种级别的电压对人有致命的安全风险。因此，离线式电源的初级和次级是完全电气隔离的。只有通过Y-CAP、变压器初次极匝间电容产生非常小的漏电流，这一点电流对人体是没有损害的。

另外对于大功率设备，功率回路都是高压、大电流信号，而控制电路一般都是MCU、DSP之类的数字处理电路或数字、模拟混合电路，信号处理电路的工作电压都很低，假如控制电路和功率电路直接供地连接，而功率管出现了故障，门极和功率回路短路的话，高压将直接进入控制电路，这种状况一旦出现，将导致复杂昂贵的控制系统直接烧焦、报废，以至于无法维修。

抗干扰需求

在带有功率回路的设备中，一般功率回路处理的都是高压、大电流的高功率能量，而控制电路的MCU/CPU/FPGA等数字电路和模拟信号处理系统，都是低压电路。

功率回路的各种感性器件，开关器件会产生强烈的近场干扰，当这些近场电场、磁场感应到PCB走线中，会转化为共模、差模干扰信号，特别是共模信号，处理起来会比较困难。

另外感性器件在开关、动态过程中会产生许多很高的dV/dT,dI/dT脉冲，这些干扰信号在示波器上以规律或者不规律的窄而高的脉冲（或者叫做杂讯）显示出来。当dI/dT通过地线耦合，变得很难隔离，很容易让我们整个控制回路的地平面上充满各种脉冲、毛刺。

高速数字电路的高低门限通常比较低，因此这些噪音对数字电路会产生干扰，造成系统误动作、以及死机等。
对于带有模拟信号处理、采集的控制系统，这些噪音就更为致命，共模噪音不仅难以处理，而且会到处飞，造成整个模拟信号处理系统信噪比、测量精度、数据稳定性等核心性能大打折扣。

因此，系统在设计的时候经常会将信号、功率系统的电源做隔离处理，然后再集中处理地回路问题，这样做可以隔离功率回路产生的噪音，提高控制电路的稳定性、性能、可靠性。

物理隔离、电气隔离

为了适配各种物理通讯总线的协议需求，需要做相应的物理隔离、电气隔离。比如我们常用的485、232、Can总线等等都有各自的物理协议，需要做相应的电器隔离处理。

三、隔离电源的关键性能指标

以下列出的五点基本上是工业系统所需要的隔离电源最关键的技术参数：

输入输出电压、电流
初级、次级的隔离耐压
输出端的纹波噪音等级
电源转换效率
系统工作温度范围

四、针对高可靠性场景、信号链系统的隔离电源设计步骤与要点

按照系统实际需求，制定合理的技术参数，选择合适的解决方案。主要关注参数：输入电压，输出电压，输出电流，隔离耐压等级，系统占板面积，电源工作效率。
选择与自己实际需求技术参数最接近的Demo，在Demo的基础上修改。假如没有合适的Demo，可以在对应产品规格书的典型电路里，找与实际需求最接近的电路作为设计基础。
学习参考规格书，关注关键信号引脚的定义与设定方法，PCB 设计指引，完整详细的设计案例，Layout设计指引。

上文主要介绍了什么是隔离电源、隔离电源的意义、隔离电源的关键指标，以及如何按照实际需求，设计出符合要求的隔离电源。骏龙科技公司在工业、医疗、汽车、仪器仪表等需要高性能，高可靠性电源的领域，有着深厚的技术底蕴和客户支持经验。接下来将为大家介绍针对不同应用场景的ADI高性能隔离电源解决方案。

ADI提供的隔离电源方案非常适合应用于工业、医疗、仪器仪表、能源、轨道交通等场景，而高可靠性和高性能可以支持产品在高温、高噪音场景下安全、稳定、超长期运行。低噪音特性的隔离电源方案非常适合应用于带有信号处理、高速数字电路的系统。简捷的电路，完备的设计支援文档，可以让工程师按照实际需求，参考Demo资料，快速设计出符合需求的实际电路和产品。

五、 ADuM5020 — 单芯片低辐射 500mW 隔离式 DC/DC 转换器

ADuM5020 优势简介：
单芯片、低辐射 500mW 隔离式 DC/DC 转换器
芯片内部集成了基于isoPower® 技术的隔离变压器
外围设计非常简单，方案非常紧凑
ADuM5020 产品详情：
ADuM5020是一款集成isoPower®的隔离式DC/DC转换器。该DC/DC转换器采用ADI公司的iCoupler®技术，能够提供在全负载下低于有关带铁氧体的2层印刷电路板(PCB)的CISPR22 B类限制的稳压隔离电源。
ADuM5020在500 mW应用中无需设计和构建隔离式DC/DC转换器。iCoupler芯片级变压器技术用于DC/DC转换器的磁性元件。因此可提供小尺寸、隔离解决方案。
ADuM5020隔离式DC/DC转换器采用16引脚宽体SOIC封装。
ADuM5020 应用场景：
RS-485/RS-422/CAN收发器电源
电源启动偏置和栅极驱动
隔离传感器接口
工业PLC

图2 ADUM5020 典型应用电路

Demo 实物如下图：

图3 ADUM5020 Demo实物

六、 LT3002 — 36V 10W No - Opto 隔离型反激式转换器

LT3002 优势简介：
临界模式的原边反馈Mos内置Flyback解决方案
基于ADI特有的采样技术，保障输出电压调整率达到1%以内
无光耦反馈可保障电源动态特性长期保持稳定，无需第三绕组或光隔离器即可实现稳压
不存在光耦电流传输比随工作时间衰减的问题
临界模式工作可保障多路输出应用场景下的交叉调整率
交叉调整率表现要远好于传统带光耦方案
LT3002- 36V 10W No 产品详情：
LT3002 是一款单片微功率隔离型反激式转换器。通过直接从主端反激波形对隔离式输出电压实施采样，该器件无需第三绕组或光隔离器即可实现稳压。输出电压使用两个外部电阻器和第三个可选的温度补偿电阻器进行编程。
边界模式运行可提供具有出色负载调整性能的小巧磁性解决方案。
低纹波突发模式 (Burst Mode) 操作可在轻负载时保持高效率，同时最大限度抑制输出电压纹波。
一个 3.6A 65V DMOS 电源开关连同所有高电压电路和控制逻辑电路一起集成到耐热性能增强型 8 引脚 SO 封装中。
LT3002 在 4V 至 36V 的输入电压范围内运行，并可提供高达 10W 的隔离输出功率。由于高度集成、并使用边界模式和低纹波突发模式，因而可为隔离式供电提供使用简单、组件数少、和高效率的应用解决方案。
LT3002 应用场景：
隔离式汽车、工业、医疗电源
隔离式辅助/内务处理电源

图4 LT3002典型应用电路以及效率曲线

七、 ADP1074 — 集成有源钳位和 iCoupler® 隔离器同步正向控制器

ADP1074 优势简介：
单芯片横跨初次级
芯片内部集成了基于iCoupler®技术的信号反馈回路
不需外部光耦
单芯片可支持Flyback或Active clamp Forward 拓扑结构
初级提供Mos驱动信号和有源钳位驱动信号
次级提供同步整流驱动信号
方案紧凑高效，外围电路简捷
ADP1074 产品详情：
ADP1074是一款专为隔离式DC-DC电源设计的电流模式固定频率有源钳位同步正激式控制器。
ADP1074集成了ADI公司的专有iCouplers，无需在隔离边界上传输信号的庞大信号变压器和光耦合器。该器件降低了系统设计复杂性、成本和元器件数量，并提高了系统的整体可靠性。
ADP1074在原边和副边均集成了隔离器和MOSFET驱动器，提供紧凑的系统级设计，在重负载下的效率优于非同步正激转换器。
原边引脚提供开关频率和最大占空比、外部频率同步和斜率补偿编程功能。
副边引脚提供差分输出电压检测、过压、电源良好和可编程轻负载模式设置功能。
同步整流器 PWM的反馈信号和定时在原边和副边或副边到原边之间通过iCouplers并使用专有传输方案进行传输。
ADP1074还提供输入电流保护、欠压闭锁(UVLO)、带可调迟滞功能的精密使能和过温保护(OTP)等特性。
ADP1074 应用场景：
隔离式DC/DC电源转换
中间总线电压生成
电信、工业
基站和天线RF功率
小型蜂窝
POE供电设备
企业交换机/路由器
核心/边缘/城域/光学路由
电源模块
典型应用电路Forward如下：

图5 有源钳位同步整流Forward 典型应用电路

典型应用电路Flyback如下：

图6 有源钳位同步整流Flyback典型应用电路

八、 LT3439 — 摆率受控的超低噪声 1A 隔离式 DC/DC 变压器驱动器

LT3439 优势简介：
Push-Pull拓扑
压摆率可调
可实现超低噪音隔离电源
LT3439 产品详情：
LT3439 是一款可降低传导和辐射电磁干扰 (EMI) 的推挽式 DC/DC 变压器驱动器。通过控制输出开关电压和电流摆率，可实现超低的噪声和 EMI。摆率可由用户调节，以优化输出噪声与效率之间的关系。LT3439 最多能够使高频谐波分量降低 40dB，而仅仅导致效率轻微下降。
LT3439 包括两个 1A 电流限制电源开关，以确保重负载条件下的启动。
该器件还包括一个振荡器，此振荡器可同步一个外部时钟以实现更加准确的开关电源谐波布局。其保护功能包括电流限制、欠压闭锁、热停机和交叉传导阻止电路。
LT3439 采用背面裸露的耐热性能增强型 16 引脚 TSSOP 封装。
LT3439 应用场景：
医疗仪器、高精度仪器仪表系统
低噪声隔离式电源
无线电和电信电源
分布式电源
低噪声灯丝电源