5G、碳中和催生電源設(shè)計顛覆性變革，數(shù)字隔離前景可期

碳中和、5G、AI、大數(shù)據(jù)等技術(shù)趨勢改變了電源產(chǎn)品的設(shè)計理念，市場對中大功率電源的需求已大幅攀升。

5G帶來了數(shù)據(jù)流量的躍升、通信頻率的提高、發(fā)射功率的加大，且5G基站運行需要仰賴更多的電力供應(yīng)。另一方面，由于5G傳輸距離更短，所以新建基站的數(shù)量需為4G基站的數(shù)倍以上，才能達(dá)到相同的覆蓋率。這兩個發(fā)展趨勢要求通信電源產(chǎn)品必須追求更高的功率密度、更緊湊的封裝體積、更智能的控制策略、更嚴(yán)格的安全認(rèn)證等特性。

同時，“碳中和”目標(biāo)的提出，使得充電樁、新能源汽車、光伏及風(fēng)能發(fā)電，服務(wù)器等應(yīng)用領(lǐng)域的電源產(chǎn)品也都在不斷地推陳出新。

電源隔離技術(shù)大比拼

電源隔離可以帶來三大好處：第一，安全，可以保護人體和低壓設(shè)備；第二，抗干擾，一方面可以隔離模擬和功率大地連接，另一方面可以提高器件的連接質(zhì)量；第三，進行電平轉(zhuǎn)換。

市場上常見的隔離技術(shù)主要有三種：光耦隔離、磁隔離、電容隔離。傳統(tǒng)常見的是光耦隔離技術(shù)，主要通過發(fā)光二極管跟光敏晶體管來實現(xiàn)電光電的轉(zhuǎn)換。它的缺陷在于壽命比較短、存在光衰的缺點，且供電電流偏大，一般是毫安級別的電流，尺寸也比較大，整個封裝體積比較大。另外，其傳輸速率因為電光電的傳輸，需要進行雙重轉(zhuǎn)換，所以數(shù)據(jù)傳輸速率通常小于10Mbps；對外部的共模干擾非常敏感，通常低于20kV/us；傳輸延遲會到百納秒的層級。

由于上述原因，近年來業(yè)界開始開發(fā)基于硅技術(shù)的產(chǎn)品，主要是磁隔離和電容隔離產(chǎn)品。這兩類算是技術(shù)演進的新方向，因為是基于硅晶圓開發(fā)的路線，所以極大地增加了使用壽命、尺寸更小。兩種技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率都能達(dá)到100Mbps之上，對外部的共?？垢蓴_更好，共?？垢蓴_能力大于100kV/us，傳輸延遲只有光耦隔離的1/10左右，通常約50ns。?

不過，磁隔離和電容隔離雖然都基于硅，但區(qū)別在于磁隔離基于微型變壓器，對外部有比較強的放射，磁抗擾度也比較低。相對來說，高壓電容隔離因為是基于高頻信號耦合到載波信號，然后傳遞過結(jié)緣介質(zhì)的傳輸機制，所以EMI特性、噪聲干擾度比較好。

MPS推出多款中大功率隔離電源產(chǎn)品

順應(yīng)當(dāng)前市場需求，MPS推出一系列針對中大功率應(yīng)用的電源IC，旨在為業(yè)界提供高效、簡單、可靠的選擇。據(jù)MPS DC/DC 產(chǎn)品線業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理殷亮介紹，MPS選擇的就是高壓電容隔離路線。

MPS針對 3KW功率級別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(dá)到96%。

MPS 3kW功率級隔離電源整體方案

其中的拳頭產(chǎn)品隔離型門極驅(qū)動產(chǎn)品MP188xx包含多種通道配置，能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)5KV隔離耐壓、100KV/us共?？垢蓴_、30V輸出端供電和低至50ns傳輸延時等關(guān)鍵指標(biāo)。MP18831是一款隔離型半橋門極驅(qū)動器，具有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)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。
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MP18831典型應(yīng)用電路

另外一款是集成電源型的四通道數(shù)字隔離器MPQ27800，它可以提供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，可替換傳統(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。
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MPQ27800典型應(yīng)用電路

在集成式控制器方面，MPS的 MPF32010是一款用于 AC/DC 功率轉(zhuǎn)換的 PFC 圖騰柱數(shù)字控制器。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。

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MPF32010集成了整個控制回路

同時，MPS還推出了獨立的隔離電源模塊MID1W0505，MID6W2424等系列產(chǎn)品。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，它在一個芯片中集成了功率 MOSFET、變壓器和反饋電路。與傳統(tǒng)的隔離電源模塊相比，提供了更緊湊的解決方案，具有可靠的工作性能。

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MIDxxW0505A典型電路

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數(shù)字隔離器前景可期

殷亮表示，數(shù)字隔離器與傳統(tǒng)的光隔離技術(shù)相比，由于是純粹在電信號層級做轉(zhuǎn)換，所以更有優(yōu)勢，從壽命到成本到性能參數(shù)，而光耦隔離技術(shù)慢慢會被取代。?

如何概括MPS隔離產(chǎn)品的優(yōu)勢？殷亮認(rèn)為，MPS的產(chǎn)品非常豐富，多種隔離產(chǎn)品從隔離柵極驅(qū)動器、信號隔離器到隔離電源模塊，可提供不同的封裝、不同的耐壓等級、不同通道數(shù)的選擇和通道方向的配置，以及隔離電源模塊功率等級的選擇。此外，MPS會提供多種解決方案適配各種不同的應(yīng)用場景，方便各種客戶在應(yīng)用中進行一對一的性能參數(shù)的對照。有些產(chǎn)品引腳兼容，能夠幫助客戶快速進行迭代使用，或者根據(jù)其產(chǎn)品開發(fā)能力，提供規(guī)范的、有認(rèn)證的、快速的上板測試。?

針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域，MPS的產(chǎn)品方向包括通信電源、服務(wù)器電源、光伏電源、儲能電源，還有電動汽車相關(guān)的充電樁、車載充電機、車載逆變器，工業(yè)領(lǐng)域的變頻器、伺服電機等，MPS已經(jīng)有多個客戶合作的成功案例。針對大功率應(yīng)用，MPS還提供一整套解決方案演示板，方便用戶從系統(tǒng)層級了解和運用MPS產(chǎn)品特性。