1 提高功率密度如何縮減解決方案尺寸，同時滿足 EMI 要求

隔離式偏壓電源供應器的設計通常涉及平衡多種限制：電路板空間、熱性能和電氣隔離。在電動車牽引系統或數據中心電源架構等應用中，您必須在高電壓域（通常為 ≥800V）與低電壓控制電路之間提供隔離功能。

傳統設計採用離散式返馳轉換器拓撲結構實作隔離式偏壓電源。在這些實作形式中，變壓器通常是印刷電路板 (PCB) 上最大的元件，會限制可達到的功率密度並提高解決方案高度。

採用 IsoShield 技術的隔離式偏壓電源模組可因應高功率密度，透過直接在封裝內部整合平板變壓器（如圖 1中所示），並使用搭載專利接合連接的多晶片解決方案，打造非常精巧的隔離模組，進而滿足系統設計中最佳化的尺寸要求。

中電壓 UCC34141-Q1 與低電壓 UCC33420-Q1 提供約 1.5W 的隔離輸出功率，前者採用 5.85mm x 7.50mm x 2.65mm 小型積體電路 (SOIC) 封裝，後者採用 4mm x 5mm x 1mm 的超小尺寸、無引線 (WSON) 封裝。

透過整合變壓器和切換元件，這些電源模組與離散式返馳實作相比，可縮減約 70% 的偏壓電源解決方案面積，且相較於先前的整合式變壓器解決方案，可縮減 >35% 的解決方案面積。這些縮減可轉化為功率密度提升 >300%。

除了減少封裝面積外，垂直高度也顯著降低。移除離散式變壓器 —— 傳統設計中最高的元件 —— 可實現低至 1mm 的模組高度，對空間有限的應用來說尤其實用。圖 2展示從離散式返馳轉換器實作（左側）轉換為完全整合解決方案（右側）時，解決方案面積的減少。

熱性能與電磁干擾 (EMI) 通常是高密度解決方案的疑慮。然而，與先前的模組相比，最佳化的封裝與內部佈局只需使用最少濾波 (圖 3)，即可提升散熱效率 30%，同時符合國際無線電干擾特別委員會 (CISPR) 25 和 CISPR 32 標準。

為標準隔離式偏壓電源設計 EMI 解決方案並非易事。在昂貴的濾波元件與離散式實作獨特的濾波需求之間取得平衡，需要經驗、時間與測試。整合式解決方案的本質意味著濾波需求更標準化。TI 透過開發應用說明來利用此事實，其中說明如何實作將通過 CISPR 標準的 EMI 解決方案。

圖 4中顯示的佈局搭配解決方案和小型濾波器尺寸，符合 CISPR 25 5 類要求。結合幾項佈局技術後，只需要幾個額外的物料清單元件即可通過 CISPR 25 5 類。在此範例中，我們使用高亮顯示的電容器、電感器和鐵氧體磁珠。

有數種佈局技術可進一步減少濾波元件的數量。將高頻濾波電容器 C1 和 C7 置於非常靠近 IC 的位置，可降低高頻雜訊。移除濾波電感器和鐵氧體磁珠下方的任何銅，可透過寄生元件的洩漏降到最低，而延伸印刷電路板底層的接地面則可建立法拉第籠。