ADI院士谈iCoupler和isoPower的优势和研发挑战

胡梦蝶 王金旺 毛烁

ADI公司的iCoupler和isoPower广泛用于工业、汽车和医疗等领域，迄今已交付超过2 5亿个隔离通道。这两项技术/产品为何如此成功？研发方面遇到了哪些挑战？近日，《电子产品世界》记者采访了一直致力于领导开展这两项核心产品研发工作的首席技术官陈宝兴院士。

据悉，iCoupler是磁隔离技术，基于iCoupler磁隔离技术的数字隔离器是“磁耦”，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。在iCoupler上市数年后，isoPower问世，特点是芯片级的DC/DC功率转换器，可以整合到ADI的信号隔离产品中，用来驱动iCoupler磁耦数据通道的副边，以及为片外负载供电。

小型化、低辐射

问：isoPower和iCoupler用在哪些场合？

答：isoPower广泛用于工业自动化、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、12C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。

例如，在工业PLC（可编程控制器）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，这大大节省了PCB（印制板）面积，减少了物料数量。图1是16通道路路隔离的温度测量单元，可见采用了ADI技术之后，每一路只有两颗芯片和少量被动元件。

问：二者在安全性方面有怎样的技术考量和表现？

答：iCoupler和isoPower已用于高安全性的工业、汽车和医疗应用，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20μ m）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（静电释放）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5 kVrms Imin UL额定值。

问：相比竞品，isoPower的优势体现在哪里？

答：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带来了更高的可靠性和一致性。

研发的关键是EMl和转换效率

问：isoPower技术在研发过程中遇到过怎样的阻碍或瓶颈，未来的发展方向如何？

答：isoPower提供颇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，片内变压器具有低電感和高电阻，因此需要在超高频下切换。通常，在大约200 MHz的频率下切换会带来重大的EMI和效率挑战。我们的研发团队需要深入了解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EMI isoPower产品为客户显著简化了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。

问：采用isoPower技术后，可否省去额外的EMI抑制电路？

答：为了满足EN55022 ClassB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。