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納芯微容隔技術(shù),從容應(yīng)對(duì)電源難題

發(fā)布時(shí)間:2023-08-24 來源:納芯微 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】電器產(chǎn)品都會(huì)用到電源,常見的電源包括調(diào)壓電源、開關(guān)電源、逆變電源、變頻電源、不間斷電源等。大部分電源都需要有隔離器件,以保證設(shè)備和人身安全。因采用的隔離技術(shù)不同,隔離效果也不一樣。因此,選擇隔離產(chǎn)品應(yīng)該揚(yáng)長避短,盡可能將系統(tǒng)性能做到最佳。


01 電源為什么需要隔離


這是一個(gè)老生常談的問題,目的是避免電源的高壓電對(duì)人體產(chǎn)生危害。新能源汽車就是常見的高壓電源場景,電池電壓是400V或新出現(xiàn)的800V,如此高的電壓會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害;充電樁亦是如此,它將交流電轉(zhuǎn)換為高壓直流電,也需要將高低壓隔離開來,這就需要用到隔離器件。


又如,光伏或數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器電源、工業(yè)變頻伺服應(yīng)用以及一些工業(yè)電源模塊或儲(chǔ)能裝置,這些常見的高壓電源場景除了要避免高壓對(duì)人體的危害,還要滿足相應(yīng)的安規(guī)要求。


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另外,對(duì)于一些不共地的系統(tǒng),如半橋拓?fù)涞纳瞎茯?qū)動(dòng)也需要隔離;此外,雖然一些系統(tǒng)本身并不需要隔離,但為了提升性能,需要將高壓側(cè)的高噪聲來源與低壓側(cè)隔離開,以減少控制器端的干擾。


02 隔離的要求和分類


隔離有嚴(yán)格的安規(guī)認(rèn)證,常見的是美國的UL認(rèn)證、德國VDE認(rèn)證以及電工協(xié)會(huì)的IEC認(rèn)證等。安規(guī)認(rèn)證包括兩類,一類是系統(tǒng)級(jí),如IEC60065、IEC60950等;另一類是器件級(jí),如UL1577以及IEC60747標(biāo)準(zhǔn)。IEC標(biāo)準(zhǔn)從安全角度定義了三個(gè)等級(jí)能量源,都是以電壓電流大小作為分級(jí)依據(jù),實(shí)施相應(yīng)的保護(hù)措施。值得一提的是,納芯微的所有隔離產(chǎn)品都通過了UL、CUL以及VDE、CQC安規(guī)認(rèn)證。


電源系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛的是隔離芯片,例如,在車載充電機(jī)OBC/DC-DC系統(tǒng)中,高壓電池充電輸入側(cè)是220V到380V,輸出側(cè)為400V或800V;低壓電池充電是12V到48V,其中包括PFC和LLC兩級(jí)拓?fù)?。整個(gè)系統(tǒng)拓?fù)浔容^復(fù)雜,往往會(huì)采用兩顆MCU做主控,兩個(gè)MCU之間的通信便需要進(jìn)行隔離。此外,這些拓?fù)渲械墓β使?,不管是Si MOSFET還是第三代半導(dǎo)體器件,都需要相應(yīng)的驅(qū)動(dòng),也需要進(jìn)行隔離。


另外,根據(jù)系統(tǒng)的控制精度要求,電壓采樣、電流采樣以及系統(tǒng)的對(duì)外通信也需要隔離。


03 常見的幾種隔離技術(shù)及要求


目前,行業(yè)采用的隔離技術(shù)有三種:傳統(tǒng)光耦、磁耦和容耦技術(shù)。傳統(tǒng)光耦技術(shù)應(yīng)用最廣泛、歷史最長。它以光為介質(zhì)將輸入信號(hào)耦合到輸出端,但是體積較大,傳輸速度較慢,隨著使用時(shí)間的增長會(huì)出現(xiàn)光衰,且工作溫度范圍較窄。磁耦和容耦是目前比較主流的隔離技術(shù)。磁耦耐壓高、傳輸速度快、溫度范圍寬,但工藝復(fù)雜,有EMI輻射;容耦耐壓高,傳輸速度快,傳輸延遲僅為二三十納秒,工作溫度范圍非常寬,工藝并不復(fù)雜,具有很高的可靠性。


納芯微的隔離芯片便是基于容耦技術(shù),采用Adaptive OOK?自適應(yīng)編碼技術(shù),EMI輻射低,誤碼率低,還能有效提高隔離器件抗共模噪聲(CMTI)的能力。


隔離產(chǎn)品的重要指標(biāo)包括:隔離耐壓等級(jí)、CMTI能力、EMC性能以及傳輸延遲和工作溫度、隔離壽命等。納芯微隔離產(chǎn)品的隔離電壓等級(jí)高達(dá)10kV,CMTI至少100kV/μs;抗浪涌超過10kV,雙邊ESD超過15kV。


04 電源系統(tǒng)的趨勢和應(yīng)用難點(diǎn)


1. 電源系統(tǒng)的趨勢


●  高集成化:電源系統(tǒng)正往更高集成度的趨勢發(fā)展,因此也需要更高集成度的IC,例如將電源和數(shù)字隔離器集成在一起,以降低工程師設(shè)計(jì)隔離電源的復(fù)雜程度。


●  高壓化、高頻化:光伏系統(tǒng)已從800V轉(zhuǎn)到1500V,第三代半導(dǎo)體(氮化鎵或碳化硅)的應(yīng)用也越來越廣泛,系統(tǒng)開關(guān)頻率越來越高,速度越來越快。隔離產(chǎn)品需要有更高的CMTI能力,能承受更高電壓,EMI性能更好。


●  高可靠性:隔離芯片均需要通過嚴(yán)格的安規(guī)認(rèn)證。


2. 電源系統(tǒng)的應(yīng)用難點(diǎn)


電源系統(tǒng)的應(yīng)用難點(diǎn)在于,第三代功率器件對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片提出了更高的要求,如CMTI大于100kV/μs水平。由于碳化硅驅(qū)動(dòng)電壓更高,要求驅(qū)動(dòng)器輸出電壓范圍擺幅更寬。此外,產(chǎn)品開關(guān)速率要更快,并降低開關(guān)損耗,驅(qū)動(dòng)器具有輸出更大的Source或Sink電流能力,芯片內(nèi)部上升或下降時(shí)間更短,傳輸延時(shí)更小。


碳化硅驅(qū)動(dòng)芯片的新功能是“米勒鉗位”,隨著SiC的開關(guān),橋臂中點(diǎn)有很大dv/dt,下管Cgd電容會(huì)產(chǎn)生一個(gè)米勒電流,即使下管處于關(guān)斷狀態(tài),也會(huì)通過下管關(guān)斷電阻產(chǎn)生一個(gè)壓降??紤]到碳化硅器件的導(dǎo)通閾值比較低(2V左右),如果壓降較大會(huì)造成下管誤導(dǎo)通,系統(tǒng)就會(huì)有短路風(fēng)險(xiǎn)。


“米勒鉗位”功能可以應(yīng)對(duì)碳化硅應(yīng)用中的這個(gè)問題。在芯片中增加一個(gè)MOSFET可以直接將GND和碳化硅柵極相連,當(dāng)下管關(guān)斷后,會(huì)跳過下管驅(qū)動(dòng)電阻,直接將柵極短路到GND,以此消除米勒電流造成的壓差,從而避免米勒效應(yīng)導(dǎo)致下管誤導(dǎo)通的風(fēng)險(xiǎn)。


 納芯微的隔離類產(chǎn)品


納芯微的隔離產(chǎn)品品類非常齊全,包括數(shù)字隔離器、隔離驅(qū)動(dòng)、隔離電壓/電流采樣、隔離CAN收發(fā)器。驅(qū)動(dòng)方面,不管是MOS、IGBT還是碳化硅,都有相應(yīng)的隔離產(chǎn)品。采樣方面,既有模擬輸出隔離運(yùn)放,也有數(shù)字輸出隔離ADC,滿足不同應(yīng)用場景對(duì)采樣率和采樣精度的要求。接口方面,隔離I2C接口、485或CAN接口產(chǎn)品都很豐富,能夠?yàn)榭蛻舻碾娫丛O(shè)計(jì)提供一站式解決方案。


納芯微的產(chǎn)品采用容耦技術(shù),順應(yīng)了當(dāng)前集成化、高壓化、可靠性的電源應(yīng)用趨勢,滿足第三代功率器件對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片提出的更高要求。其隔離產(chǎn)品品類非常齊全,包括數(shù)字隔離器、隔離驅(qū)動(dòng)、隔離電壓/電流采樣、隔離CAN收發(fā)器,能夠?yàn)楣こ處熖峁┒鄻踊倪x擇。


樣片申請(qǐng)


如上產(chǎn)品均可提供樣片,如需申請(qǐng)樣片或訂購產(chǎn)品,可撥打電話0512-62601802或郵件至sales@novosns.com。更多信息,敬請(qǐng)?jiān)L問www.novosns.com。



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