EEPW独家采访：isoPower的成功之道

  在科技圈，很多专利技术的发明并不是为了制造某个产品，而是为了减轻工程师们的压力，isoPower^®技术就是其中的代表。ADI公司的isoPower^®技术采用专有的iCoupler^®芯片级变压器，可在单封装中实现隔离式dc-dc转换和数据隔离的集成，帮助设计工程师摆脱光耦合器的成本、尺寸、功耗、性能和可靠性限制，在设计中实现隔离。近日，EEPW编辑有幸采访到ISO的联合创始人——陈宝兴博士，请他解密iosPower的成功之道。

陈宝兴博士为ADI公司院士，ISO的联合创始人，并以首席技术官的身份，一直致力于领导开展核心产品iCoupler^®及isoPower^®的技术研发工作。他还负责主掌芯片级热电采集器的研发工作，同时积极推动微通道散热器AnalogGarage计划的落实。陈宝兴拥有密歇根大学电气工程硕士学位和物理学博士学位。

（以下为采访内容）

EEPW：isoPower® 芯片级变压器技术的低辐射和低噪声是如何实现的？

陈宝兴（以下简称陈）：isoPower使用芯片级变压器提供完全集成的隔离电源，这些片内变压器需要在180MHz左右的高频下切换，以维持变压器的高品质因数并实现高效功率传输。但是，除了效率挑战，在如此高的频率下切换还会带来EMI挑战。交叉耦合开关与隔离变压器耦合，形成高频（约180MHz）谐振LC谐振器，以最小栅极驱动损失将电源发送到隔离栅另一端，而输出调节则通过低频（约600KHz）PWM打开/关闭谐振器。为了在不使用缝合电容的情况下通过简单的2层PCB实现低于CISPRB类要求的EMI，在主交叉耦合开关中随机添加了多组额外的交叉耦合开关，从而动态更改LC谐振器的谐振频率。EMI峰值显著降低，隔离电源传输在160Mhz至220MHz频带间均匀分配。

EEPW：采用该技术是否可以省去另外设计EMI抑制电路？对EMI要求较高的电路，又该如何另外配置EMI抑制电路，有哪些比较常用的配置方案？

陈：为了满足EN55022 Class B的辐射要求，新的isoPower芯片只需要在副边选用两颗低成本铁氧体磁珠来阻断副边电源上的高频共模电流，不再需要缝合电容或安规跨接电容。

EEPW：isoPower在安全性方面有怎样的技术考量和表现？

陈：iCoupler和isoPower广泛应用于工业、汽车和医疗应用，已交付超过25亿个隔离通道。这些片内变压器的隔离依赖于堆叠初级绕组和次级绕组之间的厚（大于20um）聚酰亚胺层。晶圆级工艺聚酰亚胺层提供超高均匀性以及出色的介电强度和ESD性能。isoPower产品可提供增强的隔离性能，其抗浪涌能力大于10kV，并具备5KVrms1min UL额定值。

EEPW：您认为市面上还有哪些比较好的电源隔离技术，相较而言，isoPower具体性能优势在哪里？可否给一些具体性能数据对比？

陈：小型化和低辐射是isoPower的两大突出优势，我们已经推出了业界最小的低辐射隔离

电源芯片ADuM5028。此外芯片级隔离电源比模块化隔离电源提供了更高的可靠性和一致性。

EEPW：isoPower技术目前除了配合iCoupler技术应用外，还可以与哪些方案进行整合应用，是否可以与其他厂商的相关方案整合应用？

陈：基于isoPower和iCoupler技术，ADI已经推出了业界集成度最高的隔离接口芯片，例如带隔离电源的隔离RS-485芯片和带隔离电源的隔离CAN芯片。

EEPW：可否列举一个isoPower技术典型器件中的应用案例？

陈：isoPower技术广泛应用于工业自动化，能源传输和转换，新能源，汽车等领域。采用isoPower和iCoupler相结合的隔离电源芯片，在提供隔离电源的同时实现了信号通讯隔离，不同的隔离数字通道配置可以实现SPI，UART，I2C等通讯接口的隔离。为客户产品的小型化，缩短设计周期，减少采购成本等方面提供价值。举一个例子，在工业PLC中需要设计多通道温度测量系统并实现通道之间的隔离，传统的隔离电源设计会使用占用较大空间的变压器，而通道间的隔离使得传统方案占用空间的缺点愈加突出。若采用isoPower技术，仅仅用一颗集成了数字隔离通道的isoPower芯片就可以完全实现前端ADC供电隔离和SPI通讯隔离。极大的节省PCB的面积，减少了物料数量。下图便是16通道路路隔离的温度测量单元，采用了ADI的技术之后每一路只有两颗芯片和少量被动元件。

EEPW：作为isoPower技术的开创者，可否讲一讲这项技术在研发过程中遇到过怎样的阻碍或瓶颈，预计在未来还会针对哪些性能做修正和迭代？

陈：isoPower提供极具吸引力的集成优点，尺寸小、上市时间快，无需分立式开关、二极管或隔离变压器。但是，片内变压器具有低电感和高电阻，因此需要在超高频下切换。在大约200MHz的频率下切换会带来重大的EMI和效率挑战。团队需要深入了解EMI测量、EMI模拟方法，并构思出创新设计，将EMI减少20db以上，且不会影响效率。最新的低EMIisoPower产品为客户显著简化PCB板设计。但是，随着越来越多的客户要求更加紧凑的隔离集成，对于热力受限的设计而言，效率变得更加重要。我们正在努力改进变压器，希望提高电感、降低电阻，从而实现在较低频率下切换变压器。这将进一步降低EMI并提高效率。

EEPW：请问这项独创技术是在怎样的机缘下被开发出来的？

陈：ADI专有的iCoupler技术为信号隔离领域带来了重大进步，代替了速度慢、功耗高且随时间推移性能下降的光耦合器。对于许多工业检测应用，除了信号隔离，高压侧也需要隔离电源。隔离电源需要许多分立元件，如开关、二极管和隔离变压器。除了这些分立元件的尺寸，还需要庞大的PCB板空间。我们发现许多客户尝试设计小型隔离电源，希望制造出紧凑的隔离检测系统，尤其是那些采用多个隔离输入的系统。结果证明，我们可以使用相同的芯片级变压器来将电源传输到隔离栅的另一端，并且我们可以将信号隔离的多个通道与隔离DC/DC集成。isoPower产品在第一批iCoupler产品上市数年后推出，但在过去十年，同样取得显著发展。尽管技术不断发展，EMI和效率仍是采用时面临的两大障碍。最新的isoPower产品系列旨在解决阻碍采用的EMI问题。

EEPW：isoPower能够为车联网带来哪些改变？有没有具体事例可以分享的？

陈：正是由于其易用性和高可靠性，isoPower目前在新能源车的BMS系统中有广泛的应用，用于电池前端检测芯片的隔离供电和隔离通讯。

EEPW：当前几乎多有电子产品都朝着高度集成化的方向在发展，那么您认为，这对电源管理解决方案提出哪些新要求？ADI又是如何应对的呢？

陈：在iCoupler产品等集成隔离解决方案推出之前，电源集成通常局限在初级端或次级端。集成隔离带来了许多新的集成机会，能够在两端同时集成元件。例如，ADI推出了完全集成的isoPowerRS-485芯片，该芯片显著降低了RS-485系统设计的复杂性，且无需为总线端提供电源。对于一般的电源管理产品而言，效率始终是最终驱动因素。初级端和次级端之间的通信将增加，例如需要同步整流来提高效率。SiC和GaN等较新一代的开关也将需要具备精准时序和高共模瞬变抗扰度(CMTI)的稳健栅极驱动器。在满足这些严苛的时序和噪音抑制需求方面，ADI的专有电感耦合隔离技术具备内在优势。我们已推出CMTI大于100kV/us的栅极驱动器系列，并将投资为新一代开关研发更加稳健的栅极驱动器。