发布多款隔离产品，MPS进攻隔离电源板块

2021-12-21 17:06:08 来源: 杜芹

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现在从新兴的光伏发电到风能发电、储能、新能源汽车充电桩，到传统的通信电源、服务器电源等，都离不开大功率电源方案，而在大功率电源方案中，电气隔离因为关系到系统和人身的安全，也成为不可或缺的一环。在时代的变革推动下，MPS也顺势推出一系列针对中大功率应用的隔离电源IC，引领电源产品设计不断变革。

了解隔离技术

首先让我们来了解下，为什么需要隔离？隔离从最直观的角度来说是安全，在原副边进行完全的电气隔离，很好的保护人体和低压侧的电路，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。第二个作用就是抗干扰，电气隔离使得原边侧和副边侧的地是完全独立分开的，很好的隔离莫奈和功率的大地连接，提高了器件的连接质量。第三个作用是进行电平转换。

目前市面上的隔离技术主要有三种：光耦隔离、磁隔离和电容隔离。

最常见的是光耦隔离技术，但是其存在一些缺陷。光耦隔离技术的原理是利用发光二极管跟光敏晶体管来实现电->光->电的转换。这里有两个关键的导致缺陷的因素，一个是采用发光二极管，就需要给二极管发光供电，导致供电电流大，要封装发光二极管，也导致尺寸变大；再一个二极管发光就会有光衰，造成寿命较短；因为要进行电光电的传输，需要进行双重转换，所以导致数据传输速率较低，通常来说是小于10Mbps，也造成了一定的传输延迟；另外它对外部的共模干扰非常敏感，通常是低于20kV/us。

鉴于光耦隔离所存在的这些缺陷，业界也开始开发基于硅晶圆技术的隔离技术，一个是磁隔离技术和一个是电容隔离技术。这两种技术极大的增加了使用的寿命，供电电流也比LED发光电流小很多，通常来说只有十分之一光耦驱动耗电。另外由于采用硅晶圆半导体工艺来做，所以尺寸较小。两者的传输速率都能达到100Mbps的数据传输率之上。它对外部的共模抗干扰也是极好的，会有大于100kV/us 的共模抗干扰能力。传输延迟也只有光耦隔离的1/10左右的，通常是在50ns左右。

但这两个技术还是有区别的，磁隔离是基于微型变压器，它对外部会有比较强的放射，就像变压器对外部有EMI的干扰一样，磁隔离本身是磁场的传输，所以对磁抗扰度也比较低。而高压电容隔离是基于高频信号耦合到载波信号，然后传递过结缘介质的传输机制。所以它的EMI的特性会比较好，另外它不通过磁场的这种传输方式，所以它的噪声干扰度会比较好一些。基于电容隔离技术MPS也开发了一系列的隔离产品。

MPS隔离器的开发旅程

MPS在隔离产品上布局要从2008年开始说起，彼时，MPS的ACDC产品线刚刚成立，这也是MPS针对交流转直流专门设立的产品线。2011年MPS发布了首款汽车级产品 MPQ2451-AEC1 。2012年MPS加入了美国汽车电子委员会（AEC），所有的车规级IC都要通过AEC委员会的AEC-Q的标准认证。2014年开始研发MPX2001电容隔离反激控制器。2016年开始开发非车规级的MP188系列隔离栅极驱动器，目前该产品已经成功量产出货，这一年，MPS已经拥有超过80款的车规产品。

2017年MPS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。到2018年，不仅仅局限于隔离栅极驱动产品系列，MPS已经在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，即由MPS公司定义的车规级产品。2020年MPS在底特律开放了一个EMC测试中心，所有的车规产品甚至于工规产品都会进行相关的EMC测试。今年MPS完成了功能安全产品定义，也就是符合ISO26262的标准。可以看到，从工业到汽车，MPS积累了丰富的研发经验。

据MPS DCDC产品线业务拓展经理殷亮的介绍，MPS的隔离产品主要包括五大类：隔离栅极驱动器、变压器驱动器、隔离电源模块、数字隔离产品以及隔离放大器。这五类产品可支持多种隔离要求，来实现系统的最高安全等级。MPS的隔离产品开关频率可高达10MHz，是市面上其他竞争对手的10倍，还可以提供最小的方案尺寸。而且还能支持UL、VDE和IEC等不同的安全规范。

具体来看，隔离栅极驱动器是针对普通硅MOS或者IGBT或碳化硅这类器件的外部驱动，它自带隔离，原副边是两套系统，两套供电两套地，只是纯粹地传递能量和信号，中间有高压电容进行隔离的。我们还有针对隔离驱动副边侧进行供电的变压器驱动器，另外还有隔离电源模块，当客户在做板级设计，考虑到尺寸、设计的复杂难度和开发周期，有些客户会更倾向于采用隔离电源模块，隔离电源模块相当于把整个变压器的设计完全用IC的形式来实现，同时也极大地缩短了设计的周期。数字隔离产品和对应的隔离驱动器的不同点在于，它传递的是数字信号，会有若干路的原边到副边或者副边到原边的信号传输，原副边都会有相应的供电。隔离放大器是一个运放，检测电流/电压进行从模拟信号到数字信号的转换，它的模拟侧和数字侧也是两套不同的供电和大地的系统。

布局隔离电源板块，多款产品齐上阵

在5G、碳中和、AI和大数据的变革推动下，MPS推出了一系列针对中大功率电源应用的IC产品，并针对大功率应用，做了一个整套的电源模模块解决方案演示板，方便客户能够从系统层级了解MPS产品的一些特性。

第一款IC产品是隔离双路栅极驱动器MP188xx，它包含多种通道配置，能够实现高达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。MP18831是一款隔离型半桥门极驱动器，具有高达 4A 的拉灌峰值电流能力。利用MPS专有的高压容性隔离技术可以实现高达 5KVRMS 的耐受电压和额定值大于 100KV/us的共模瞬态抗扰度（CMTI）。该门极驱动器可以驱动各类型电源开关器件，具有传播延迟短和脉宽失真小的特性，封装选择有SOIC-16 NB/WB、LGA-13等。

在集成式控制器方面，MPS的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。

另外一款是集成电源型的四通道数字隔离器MPQ27800，它可以提供高达150Mbps的传输速率和5V/200mA的隔离供电，采用高压电容隔离技术，可以实现5KVms的隔离能力。它的信号传输方向可以有多种选择，可选输出默认值，能完美替换传统的光耦隔离器并提供更佳的性能。

基于MPS的隔离型门极驱动MP188xx、PFC/LLC控制器MPF320x0、集成电源型数字隔离器MPQ27800和隔离电流传感器MCS180x等这些最新产品，MPS进行了功能化的整合，针对 3KW功率级别推出了一整套电源转换方案，其输入电压范围为85V至265Vac，输出电压为48V，包括Totem Pole PFC（图腾柱PFC）和LLC两级电路。在这些器件的协同设计下，使得该方案实现了2.14W/cm3的功率密度，整体转换效率达到了96%。

MPS 3kW功率级隔离电源整体方案

MPS还推出了独立的隔离电源模块MID1W0505，MID6W2424等系列产品。MID1W0505A 是一款半调制型、隔离式 DC/DC 变换器，在 -40°C 至 +125°C 工作温度范围内支持 4.5V 至 5.5V 的输入电压（VIN）以及高达 1W 的输出功率（POUT），且具有极好的负载和线性调整率。MID1W0505A-3 支持 3kVDC 隔离电压，它在一个芯片中集成了功率 MOSFET、变压器和反馈电路。与传统的隔离电源模块相比，提供了更紧凑的解决方案，具有可靠的工作性能。

总体来看，对于所有的这些隔离产品和电源模块解决方案，MPS都可以提供不同的封装，不同的耐压等级和通道数的选择，通道方向的配置，还有隔离电源模块功率等级的选择。其应用方向主要包括通信电源、服务器电源、光伏电源、储能电源，还有电动汽车相关的充电桩、车载充电机、车载逆变器，以及工业领域的变频器、伺服电机，在这些多个领域中已经与很多厂商有合作的成功案例。

未来MPS也将凭借在隔离领域丰富的经验和在全球各地设计、研发团队的布局来支持电源产品的设计变革，帮助电源设计师们不断地开发出性能更高、响应更快、体积更小、成本更低和开发周期更短的电源方案。

责任编辑：sophie

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: 半导体行业观察

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