如何利用下一代解决方案管理项目风险

电气含量呈上升趋势

不可否认，电气系统的趋势是更小、更轻，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，混合动力和全电动汽车将占全球销量的40%。随着车辆电气化的增加，越来越多的电气元件和系统对隔离的需求也越来越大。例如，配备 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。

更多的电气内容需要更多的隔离

提供下一代隔离解决方案带来了越来越多的挑战和各种挑战。这些系统，特别是在隔离方面，涉及复杂的架构和流程，限制了敏捷性和灵活性，同时为变革制造了障碍。竞争和全球化步伐的加快迫使公司更加关注上市时间 （TTM） 和投资回报 （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紧张，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，增加了额外的应用程序测试和认证层。需求是陡峭的，风险是高的。

了解隔离设计

虽然隔离是隔离设计的重要组成部分，但它不是设计的简单部分。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，需要评估许多设计权衡。然而，每个新项目都有自己独特的设计目标和设计要求。多种因素，包括技术难度、与以前设计的相似性、日程安排和资源，共同决定了与绿地设计选项相比可以采用多少重用。以最少的更改重用以前的设计或架构方法通常可以降低风险并加快执行速度。但是，新功能或性能水平的提高通常要求对新方法进行调查。这也可能是花费稀缺的开发资源来评估新的和改进的技术，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、易于使用且安全认证的解决方案，使许多这些考虑因素更容易解决。考虑一个新项目获得批准的场景，其中以前的设计将升级到具有附加功能的更高性能指标。团队成员立即充满活力，准备投入工作。但是，技术项目负责人必须担心可能出错的所有不同事情，并在更严格的预算和进度限制下管理日益增加的复杂性。

这些项目管理挑战之一是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要求符合众多EMC规范，并且随着性能限制的提高，标准不断提高。

现有的分立式解决方案，如隔离式反激式转换器，具有一些优点，包括较低的物料清单（BOM）成本，但也存在缺点。典型的反激式设计（图1）包含一个驱动隔离变压器的控制器，在次级上具有整流和滤波功能，以及一个光隔离反馈网络。误差放大器需要工程设计来开发补偿网络以稳定电压环路，并且取决于光耦合器的性能变化。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电流的比值，并且是非线性的，具有很大的单元间差异。光耦合器的初始CTR通常具有2：1的不确定性，在高温环境中使用多年后，例如高功率和高密度电源中的CTR中，其性能会下降高达50%。对于项目经理来说，从成本的角度来看，离散的反激式方法似乎更好，但在工程工作和技术风险方面需要权衡。

图1.典型隔离式反激式DC-DC转换器。

离散方法的另一个问题是满足安全标准。安全机构更密切地审查分立式设计，因此获得分立式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电源设计的复杂性。典型的非隔离设计具有通常的限制，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，隔离栅消除了同时轻松监控输入和输出条件的能力，从而使实现性能指标变得更加困难。独立的接地域也形成偶极子天线，任何穿过势垒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

要使分立式电源设计通过EMC认证，可能需要几次迭代才能正确。EMC 测试冗长且昂贵，需要团队花费大量时间在外部 EMC 合规性机构准备和监控测试。当问题确实发生时，它会返回到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。这是另一个漫长而昂贵的过程，由外部安全机构执行。设计团队必须准备大量文件，并由机构仔细检查。任何新事物都会受到额外的审查，这使得重用以前认证的电路非常可取。如果机构认为分立式隔离电源设计不符合安全要求，则可能需要更改其设计。一旦修改，设计将需要再次重新表征并通过EMC测试。

更好的解决方案

这些问题的答案是一个完全集成且经过安全认证的组件，具有记录在案的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iso电源技术。它们采用 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 2 层印刷电路板上满足满载条件下的 CISPR 22/EN 55022 B 类辐射发射要求（PCB，图 2）。®

图2.采用ADuM5020的紧凑和简单的布局。

小型封装（16 引脚和 8 引脚宽体 SOIC）占用的 PCB 面积非常小，并且无需安全电容即可满足辐射目标。这使得隔离电源电路比分立方法更小、更便宜，例如嵌入式旁路电容，需要四层或更多层，具有自定义间距才能产生正确的电容。

满足更多隔离的需求，同时又不增加复杂性

随着汽车和其他车辆电气化的不断发展，隔离的需求也在增加。与此同时，竞争加剧推动了降低成本和缩短上市时间的必要性。再加上更严格的监管要求和隔离设计的固有复杂性。这种市场需求和挑战的汇合，传统的隔离方法无法成功解决。完全集成且经过安全认证的隔离式DC-DC转换器具有记录的EMC性能，为系统设计人员提供了更好的解决方案。它们可以显著降低设计复杂性，并确保更好的EMC测试和合规性。由于花在重新设计、重新表征和重新测试上的时间更少，设计人员可以减少电路板空间、降低风险、降低成本并缩短上市时间。

审核编辑：郭婷