MPS为大功率需求提供全新的隔离技术

国家双碳战略提出后，“碳中和”已成为众多企业社会责任的重点关注之一。这也影响着企业是否可以持续性发展。在此背景下，新能源汽车、光伏及风能发电等领域都可以更好的实现燃油油耗的降低。同时5G、大数据、人工智能以及电动汽车等应用对大功率电源的需求量也在不断增加。服务器、工业用伺服电机，包括变频器驱动，充电电动汽车市场周边的包括逆变器、充电器和高压直流变换都要求电源具备更高的功率密度、更紧凑的封装体积、更智能的控制策略，更严格的安全认证等特性。然而在这些大功率应用中，电源隔离技术尤为重要，那为什么要隔离呢？

电源为什么要隔离？

首先，隔离电源可以起到安全作用，为了防止人体受到电击或物理性伤害，电子产品的电源在设计时需要将低压侧与高压侧进行电气隔离，以防止高压侧的电压冲击或任何的ESD串扰干扰到控制侧和人体；其次，加强抗干扰性，隔离电源去除隔离电路之间的接地环路，切断模拟信号地和功率地，提高共模干扰抑制性能和抗干扰能力，保持信号的稳定性；另外，还可以起到电平转换和隔离双重作用。

有哪些隔离技术？

传统上比较常见的光耦隔离技术，是由发光二极管及敏晶体实现从电到光再到电的转换，由于光衰原因，该技术产品寿命较短。由于该技术采用二极管发光，一般会产生毫安级别的电流，供电电流效果偏大。与此同时，封装体积也较大。另外，在传输速率上通常小于10Mbps，这是因为电光电的传输，需要进行双重转换，并且传输延迟长，达百纳秒的层级。

随着硅晶圆开发路线的变革，市场上出现了磁隔离技术和电容隔离技术，两种技术在寿命、供电电流、传输速率、尺寸上相较传统光耦隔离技术都有很大提升。供电电流相对LED发光的电流通常只有十分之一光耦驱动耗电，传输速率可达到100Mbps，传输延迟也只有光耦隔离的十分之一。所不同的是，磁隔离技术是基于微型变压器，对外部会有较强的放射，从而产生一定的EMI干扰，由于其为磁场的传输，所以对磁抗扰度也比较低。而以MPS为代表的厂商选择的是高压电容隔离路线，这种技术基于高频信号耦合到载波信号然后传递的机制。因此EMI的特性较好，不通过磁场方式传输，从噪声干扰度上都有明显的优势。

MPS是全球领先的半导体公司，专注于高性能模拟集成电路和混合信号集成电路的设计、研发、制造和销售，其产品广泛应用于汽车电子、云计算、存储、通讯、工业、消费电子等领域。针对以上大功率需求，特别开发出驱动隔离、信号隔离和电源隔离这三大类产品，并以其在行业内的优势进一步帮助企业实现碳中和目标。

隔离栅极驱动器产品

MPS新推出的隔离双路栅极驱动器MP(Q)18831/51/71具有灵活的产品配置， 三种型号分别适应于双输入半桥型拓扑、独立双通路拓扑、半桥和PWM输入半桥结构。能够实现业内领先的高达5KV隔离耐压、100KV/us共模抗干扰、30V输出端供电和低至50ns传输延时等关键指标。其MP非车规的产品可实现4A的电流能力，而MPQ车规产品，电流能力则提升到8A，50ns 的传输延迟。另外，该系列产品采用了窄体的16pin，宽体16pin和 5mm x 5mm LGA-13pin 3种封装，满足不同应用需求，隔离等级分别为3k Vrms，5k Vrms以及2.5k Vrms，产品适用于太阳能逆变器、DC/AC 逆变器、离线隔离AC/DC 变换器、半/全桥变换器、IGBT/SiC/MOSFET 偏置电源。值得一提的是MPS的隔离栅极驱动器将信号隔离、驱动和电平转换集成到一个产品，一步实现三个功能。

MP(Q)18831/51/71电路图

数字隔离器

MPQ276xx系列为MPS新推出的2-6个通道的数字隔离器产品，供电范围兼容3.3V或5V两种不同的逻辑电平信号，传递高达150Mbps数据传输率，能够适配各种不同的总线要求和IO信号传输需求。共模抗干扰能力可达100kV/μs以上。 最大的封装尺寸采用宽体封装，可达5kVrms隔离耐压等级，小封装的隔离耐压等级可达到2.5kVrms。适用于电表、隔离式 ADC/DAC、电机控制、工业自动化、SPI 隔离。

同此同时，针对该多通道的信号隔离器，MPS还推出一款单独的隔离电源模块MIDxxW0505系列，提供5V转5V的电源转换，不仅仅服务于数字信号，包括一些总线协议、收发器等均可以提供支持。与传统隔离电源模块相比，由于整个设计会有闭环控制，MIDxxW0505有可观的负载调整率和强磁场抗干扰能力。另外，MIDxxW0505采用IC形式封装，将整个电源转换包括变压器封装在一起，与传统的灌胶式电源模块相比大大减小了产品厚度，仅有2mm。提供了更紧凑的解决方案的可靠的工作性能。

将MIDxxW0505与MPQ276整合到一个封装中能带来什么样的惊喜呢？MPS真的这样做了，新的产品定义为MPQ278XX系列，并且已经出货，受到市场高度评价。MPQ278XX不但减少了占板面积，同时减化了成本和开发周期。产品集成1W的隔离电源，其他参数可参考MPQ276。提供业界领先水平的传输速率和共模抗干扰能力。

MPQ278XX系列，将数字隔离器与电源模块整合在一起

变压器驱动

当开关器件从传统的硅转化到第三代半导体器件时，开关频率要求越来越高，更高的总线电压需要更高的变压器隔离电压，更高的 dv/dt 要求更低的绕组间寄生电容，那么问题来了，更小的驱动寄生电容又会导致漏感增加，对于传统结构包括反激式的拓扑并不利于变化趋势。因此MPS针对反激式的拓扑，优化成LLC形式的拓扑结构，以便达到更强的隔离耐压等级、更小的寄生电容。MPQ18913是该技术的代表性产品，能够适配5V到30V作为一个半桥式LLC拓扑结构的驱动器。其优势在于能够实现拓扑上的软开关，极大的减少变压器的体积。另外，因为它能够进行外部时钟同步，方便客户做不同的板级设计。采用QFN-10pin封装2mmx2.5mm外形。同时针对该产品，MPS还开发了MIDxW2424，24V转24V的电源模块，满足客户对精简化设计的需求。

MPS 大功率解决方案演示板

为了更好的整合方案，MPS提供了一个3KW AC/DC演示板，该板支持在服务器电源和通信电源里面是常见的规格3kW，从220V交流到48V直流输出的产品。采用图腾柱拓扑的PFC和LLC全桥拓扑。从隔离驱动器到信号隔离，包括外部的辅助供电，全都使用MPS自己的方案。值得一得的是，该演示板最核心的产品还涉及到MPS自己的PFC控制器和LLC控制器。可以见得，MPS不仅针对驱动器、隔离器及电源方面产品开发，同时他们在控制方面也做了深入的开发。

3KW AC/DC演示板+功能框图

MPF32010是一款用于 AC/DC 功率转换的 PFC 图腾柱数字控制器。图腾柱拓扑使用有源开关管代替双升压拓扑中的二极管整流器。这种配置方式可以增加整体效率。而且MPF32010集成了整个控制回路，并能允许用户通过友好的图形用户界面微调图腾柱的操作，从而大大简化了图腾柱的设计。

MPF32010集成了整个控制回路

众所周知，大功率应用主要集中在通信、工业和汽车上，而MPS在工业以及汽车领域隔离产品已有十几年的研发经验。2008年AC/DC 产品线成立，在2011年发布了第一款汽车产品（车载降压变换器），2012年加入了美国汽车电子委员会 （AEC）。2014年开发了基于电容隔离的反激控制器技术。2016年开始，着手开发非车规级的MP188系列隔离栅极驱动器，至今该产品已量产。当年MPS已经拥有了超过80款的车规产品。2017年获得全球半导体联盟（GSA)颁发的年销售额5亿美元以下的新兴半导体上市公司荣誉。2018年，该公司不仅仅局限于隔离栅极驱动产品，同时逐渐开发隔离电源模块产品。2019年从工业到汽车，MPS基于这两个成熟的开发IP，开始研究MPQ级隔离栅级驱动器。2020年该公司的底特律EMC测试中心成立，所有的车规产品甚至于工规产品都会进行相关的EMC测试。2021年该公司汽车产品符合ISO26262标准。能够更好的为智能汽车、新能源汽车提供可靠的产品。