【应用】集成6通道隔离的数字隔离IC,简化IPM隔离设计

2017-07-23 世强 凡尘

随着变频技术不断发展,IPM智能功率模块应用越来越广泛,其在变频技术中的应用,使得应用设计更简捷,系统可靠性更高;内部电路布线设计优化,可有效抵制干扰;通态损耗和开关损耗较低,所需散热面积较小;用标准化逻辑电平控制电路中的门控接口,扩充规格时无须另行设计驱动电路;具备强有力的自动保护和故障检测功能;性价比高于IGBT模块,有很好的经济性。


在以MCU或DSP为控制核心的变频控制技术中,MCU与DSP发出的开关脉冲控制信号要通过隔离才能连接到IPM的控制端,这样既可以增加系统的抗干扰能力,而且不会将主电路的电压引入控制部分。


在之前的设计中主要采用高速光耦进行通行隔离,光耦合器是一种单通道的高速光耦器件,其内部一般由一个波长为850nm的AlGaAs LED和一个集成检测器组成。其中检测器是由一个光敏二极管、高增益线性运放以及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。


单路脉冲信号驱动隔离价格相对过于昂贵,在变频技术的功率变换模块中需要多个光耦,若系统要进行批量生产,成本优化比较困难。采用Silicon labs数字隔离芯片SI8660,单芯片集成了6通道隔离,可以简化客户的系统设计,如图1所示。大大缩减PCB面积,最大程度降低系统成本。SI8660的隔离电压为5000V,通过了UL、CSA、VDE验证,可在-40℃至+125℃的温度范围内可靠工作。


图1:IPM信号隔离


隔离器结构中使用的电介质的数量和类型决定了隔离器的性能和使用寿命。SI8660使用二氧化硅(SiO2)作为绝缘,SiO2是半导体行业中最常用的电介质。其不合格率是所有电介质中最低的,从而保证了产品使用寿命。


同时SiO2是在温度和湿度变化中最稳定的电介质之一并且具有1000V/μm的击穿阈值,而用于绝缘光耦合器中的模具化合物为50V/μm。


光电耦合器传播时间、脉宽电流传输比、阈值设置和输出阻抗等参数会随温度、设备寿命和其他影响因素而偏移,其中大多是由LED发射相关行为和砷化镓工艺技术造成。这些问题导致设计者牺牲设计余量,进而可能会削弱系统性能。与此相反,SI8660采用CMOS工艺,可以在更宽的工作温度范围内拥有对称的传播延时,并且参数几乎没有任何偏移,非常适用于IPM隔离。


相关技术文档:

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  • 叫阿飞 Lv3 . 高级工程师 2017-07-23
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