1 更高的功率密度如何缩小解决方案尺寸并满足 EMI 要求

隔离偏置电源的设计通常需要平衡多个约束条件：布板空间、热性能和电气隔离。在电动汽车牵引系统或数据中心电源架构等应用中，必须在高压域（通常 ≥ 800V）和低压控制电路之间进行隔离。

传统设计采用分立式反激转换器拓扑来实现隔离偏置电源。在这些实施方案中，变压器通常是印刷电路板 (PCB) 上最大的元件，限制了可达到的功率密度，并增加了解决方案高度。

采用 IsoShield 技术的隔离偏置电源模块通过将平面变压器直接集成在封装内部（如图 1 所示），并使用多芯片解决方案与专有键合连接，形成极其紧凑的隔离模块，从而实现高功率密度，满足系统设计对优化尺寸的要求。

中压 UCC34141-Q1 和低压 UCC33420-Q1 提供大约 1.5W 的隔离输出功率，前者采用 5.85mm×7.50mm×2.65mm 的小外形集成电路 (SOIC) 封装，后者采用 4mm×5mm×1mm 的超小外形无引线 (WSON) 封装。

通过集成变压器和开关元件，与分立式反激实施方案相比，这些电源模块可将偏置电源解决方案面积减少约 70%，与上一代集成式变压器解决方案相比减少 35% 以上。这些缩减转化为超过 300% 的功率密度提升。

除了缩小占板面积，垂直剖面也显著减小。省去了传统设计中最高的元件—分立式变压器，使模块高度可低至 1mm，这在空间受限的应用中尤为有利。图 2 展示了从分立式反激转换器实施方案（左侧）过渡到全集成解决方案（右侧）所带来的解决方案面积缩减。

热性能和电磁干扰 (EMI) 通常是高密度解决方案的隐忧。但是，与先前的模块相比，经过优化的封装和内部布局可将散热能力提升高达 30%，同时只需极少的滤波即可保持符合国际无线电干扰特别委员会 (CISPR) 25 和 CISPR 32 标准（图 3）。

为标准隔离偏置电源设计 EMI 解决方案并非易事。平衡昂贵的滤波元件与分立式实施方案独特的滤波需求，需要经验、时间和测试。集成式解决方案的性质意味着滤波需求更为标准化。TI 利用这一事实，编制了相关应用手册，阐述了如何实施能够达到 CISPR 标准的 EMI 解决方案。

图 4 所示的布局结合该解决方案和小尺寸滤波器，即可符合 CISPR 25 5 级要求。再结合一些布局技巧，只需添加少量额外的物料清单元件，就能达到 CISPR 25 5 级标准。在本例中，我们使用了突出显示的电容器、电感器和铁氧体磁珠。

一些布局技巧可进一步减少滤波元件的数量。将高频滤波电容器 C1 和 C7 紧靠 IC 放置，可最大限度地降低高频噪声。去除滤波电感器和铁氧体磁珠下方的覆铜可最大限度地减少通过寄生效应产生的泄漏，而延长印刷电路板底层的接地平面则可形成法拉第笼。