如何使用下一代解决方案管理项目风险

不可否认的趋势是更小、更轻的电气系统，汽车电气化就是一个典型的例子。专业服务公司普华永道估计，到 2024 年，混合动力和纯电动汽车将占全球销量的 40%。随着汽车电气化的增加，越来越多的电气元件和系统之间对隔离的需求也越来越大。例如，带有 400 V 直流电池组的电动汽车正变得越来越普遍，具有明显的安全隐患。

提供所需的下一代隔离解决方案增加了一系列新挑战。这些系统，尤其是在隔离方面，涉及复杂的架构和流程，这些架构和流程限制了敏捷性和灵活性，同时为变革创造了障碍。竞争和全球化步伐的加快迫使供应商关注上市时间 （TTM） 和投资回报率 （ROI）。这意味着开发团队必须按照压缩的时间表完美执行。

随着设计和开发资源越来越受到审查和捉襟见肘，在所有关键学科中都没有深厚的经验。迭代需要保持在最低限度以达到目标投资回报率，但与此同时，来自竞争对手的压力可以快速、无情地推动性能目标，以进一步区分产品。还有新的监管机构和更严格的法规增加了一层应用测试和认证。要求很高，风险也很高。

了解隔离设计

虽然隔离是隔离设计的重要组成部分，但它远非简单。从确定所需的隔离级别，到提供隔离电源以补充隔离数据路径，再到使解决方案适合可用空间——必须评估许多设计权衡。然而，每个新项目都有其独特的设计目标和要求。

多种因素，包括技术难度、与先前设计的相似性、调度和资源配置，共同决定了可以使用多少重用与新设计选项。重复使用以前的设计或架构方法，只需进行最少的更改，通常会降低风险并加快执行速度。但是，新功能或提高的性能水平通常决定了对新方法的调查。这也可能是花费稀缺的开发资源来评估新技术和改进技术以提供设计的增值部分。

传统方法的局限性

集成隔离式 DC-DC 转换器的出现通过提供紧凑、易于使用的解决方案并具有文档化的安全认证，使许多这些问题更容易解决。考虑一个新项目被批准的场景，其中以前的设计将升级到具有附加功能的更高性能指标。团队成员立即精力充沛，准备投入工作。但是技术项目负责人必须担心可能出错的事情，并在更严格的预算和进度限制下管理日益增加的复杂性。

在这些项目管理挑战中，满足日益苛刻的电磁兼容性 （EMC） 要求。越来越多的新兴应用和市场需要符合众多 EMC 规范，并且随着更严格的性能限制而不断提高标准。

现有的分立解决方案（例如隔离式反激式转换器）具有一些优势，包括较低的物料清单 （BOM） 成本，但也存在缺陷。典型的反激式设计（如图 1 所示）包含一个驱动隔离变压器的控制器、次级整流和滤波，以及一个光隔离反馈网络。误差放大器需要工程设计工作来开发补偿网络以稳定电压环路，并且取决于光耦合器性能的可变性。

1. 典型的隔离反激式 DC-DC 转换器

光耦合器通常被视为用于电源的廉价隔离器，其电流传输比 （CTR） 会发生变化，这将限制电压反馈性能和有效工作温度范围。CTR 参数定义为输出晶体管电流与输入 LED 电流的比率，并且是非线性的，具有很大的单元间可变性。光耦合器的初始 CTR 通常具有 2:1 的不确定性，在高温环境（例如高功率和高密度电源中的环境）中使用多年后，其可能会降低高达 50%。对于项目经理来说，从成本的角度来看，离散反激方法似乎更好，但需要在工程工作量和技术风险方面进行权衡。

离散方法的另一个问题在于满足安全标准。安全机构更密切地审查离散设计，因此获得离散系统设计的必要认证通常会导致多次设计迭代。

系统中的隔离也增加了复杂性。典型的非隔离设计具有通常的限制条件，例如输入和输出电压范围、最大负载电流、噪声和纹波、瞬态性能、启动特性等。就其本质而言，隔离栅消除了轻松监控输入的能力和输出条件同时进行，使得实现性能指标变得更加困难。单独的接地域也形成了一个偶极子天线，任何穿过屏障的共模电流都会激发偶极子并导致不需要的辐射能量。

通过测试

让分立电源设计通过 EMC 认证可能需要几次迭代。EMC 测试耗时且昂贵，需要团队花费大量时间在外部 EMC 合规性设施中准备和监控测试。当出现问题时，它会返回实验室进行故障排除和更改。然后必须对设计进行完全重新表征，以确保标准性能指标不会因修改而受到影响。然后返回 EMC 设施进行重新测试。

最后阶段是获得必要的安全认证。这是另一个由外部安全机构执行的漫长而昂贵的过程。设计团队必须准备大量文件，并由机构仔细检查。任何新的东西都会受到额外的审查，因此需要重复使用以前经过认证的电路。如果机构决定不满足安全要求，则可能需要更改分立式隔离电源设计。一旦修改，设计将再次需要重新表征并通过 EMC 测试。

更好的解决方案

这些问题的答案是完全集成且经过安全认证的组件，具有记录的 EMC 性能。ADuM5020 / ADuM5028低辐射隔离式 DC-DC 转换器就是一个例子，它采用了iso Power 技术。它们通过 5 V 直流电源提供高达 0.5 W 的隔离电源，工作温度范围为 –40°C 至 125°C。这些产品已通过 UL、CSA 和 VDE 的多个系统和组件安全规范认证。它们在简单的两层印刷电路板上满足 CISPR 22/EN 55022 B 类辐射发射要求。

2. 使用 ADuM5020 进行紧凑而简单的布局

小封装占用的 PCB 面积小，无需安全电容即可满足排放目标。这使得隔离式电源电路比分立式方法更小、更便宜，例如嵌入式拼接电容器需要四层或更多层和定制间距才能产生正确的电容。

审核编辑：郭婷