在討論了使用隔離器來(lái)防止高壓。在這篇文章中，我將討論隔離器的一個(gè)關(guān)鍵性能參數(shù)：共模瞬態(tài)抗擾度或 CMTI。
CMTI 描述了隔離器能夠容忍其兩個(gè)接地之間的高轉(zhuǎn)換率電壓瞬變，而不會(huì)破壞通過(guò)它的信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，較高的 CMTI 表示對(duì)噪聲的魯棒性，并且在任何隔離應(yīng)用中都是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。但是，在某些特殊應(yīng)用中，高 CMTI 隔離器可以使最終產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)顯著差異化。
太陽(yáng)能、風(fēng)能和電網(wǎng)存儲(chǔ)應(yīng)用使用逆變器將產(chǎn)生或存儲(chǔ)的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，然后再饋入電網(wǎng)。逆變器包括絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 或其他由微控制器控制的功率半導(dǎo)體器件。隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器或數(shù)字隔離器與非隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器相結(jié)合，將來(lái)自微控制器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為柵極控制，再傳輸?shù)焦β势骷＿@為功率器件提供了正確的電壓和電流驅(qū)動(dòng)，并將微控制器與逆變器的高壓部件隔離開來(lái)。圖 1 顯示了中央太陽(yáng)能逆變器的簡(jiǎn)化框圖。
圖 1：中央太陽(yáng)能逆變器的簡(jiǎn)化框圖
這些應(yīng)用中使用的隔離器面臨高接地瞬變（參見(jiàn)圖 2），因?yàn)閮蓚€(gè)接地之一連接到快速開關(guān)逆變器輸出。 對(duì)于大功率逆變器設(shè)計(jì)，逆變器輸出可以在幾十納秒內(nèi)切換到 1500V。CMTI 在這里是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，因?yàn)檫@些接地瞬變?cè)诟綦x器中引起的任何位錯(cuò)誤都可能導(dǎo)致危險(xiǎn)的短路。
圖 2：逆變器輸出開關(guān)曲線轉(zhuǎn)換為隔離器的高 CMTI
太陽(yáng)能、風(fēng)能和固定存儲(chǔ)中的逆變器開始使用更高的直流總線電壓、更短的開關(guān)時(shí)間和更高的開關(guān)頻率。這些因素中的每一個(gè)都增加了對(duì)隔離器的 CMTI 要求。
使用更高的直流母線電壓會(huì)增加輸出功率，同時(shí)保持電流水平和銅成本相同，從而降低單位發(fā)電成本。由于總功率輸出增加（更高的 V），效率也有所提高，但傳導(dǎo)損耗保持不變（相同的 I）。鑒于開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間縮短，逆變器效率提高。更高的開關(guān)頻率導(dǎo)致電感器和變壓器等磁性元件成本更低、體積更小。可靠的基于碳化硅 (SiC) 的功率晶體管的可用性，與傳統(tǒng)的 IGBT 相比，它可以更快地切換并承受更高的電壓，這也有助于逆變器能夠更快、更高效地切換。
因此，高 CMTI 隔離器的可用性和使用可以為大功率太陽(yáng)能、風(fēng)能和固定存儲(chǔ)應(yīng)用帶來(lái)若干好處。
TI 最近發(fā)布了ISO5851和ISO5451隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器，提供 100kV/μs 的最低 CMTI。
ISO5851-Q1 是一款用于 IGBT 和 MOSFET 的 5.7 kV-RMS 增強(qiáng)型隔離柵極驅(qū)動(dòng)器，具有 2.5A 的拉電流能力和 5A 的灌電流能力。輸入端由 3V 至 5.5V 的單電源供電運(yùn)行。輸出端允許的電源范圍為 15V 至 30V 。兩個(gè)互補(bǔ) CMOS 輸入控制柵極驅(qū)動(dòng)器的輸出狀態(tài)。 76ns 的短暫傳播時(shí)間保證了對(duì)于輸出級(jí)的精確控制。
內(nèi)置的去飽和(DESAT)故障檢測(cè)功能可識(shí)別 IGBT 何時(shí)處于過(guò)載狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)到 DESAT 時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)器輸出會(huì)被拉低為 V EE2 電勢(shì)，從而將 IGBT 立即關(guān)斷。
當(dāng)發(fā)生去飽和故障時(shí)，器件會(huì)通過(guò)隔離隔柵發(fā)送故障信號(hào)，以將輸入端的 FLT 輸出拉為低電平并阻斷隔離器的輸入。 FLT 的輸出狀態(tài)將被鎖存，可通過(guò) RST 輸入上的低電平有效脈沖復(fù)位。
TI 還提供ISO78xx系列數(shù)字隔離器，最小 CMTI 為 70kV/μs。這些隔離器可實(shí)現(xiàn)成本更低、效率更高的大功率逆變器設(shè)計(jì)。
ISO7831是一款高性能三通道數(shù)字隔離器，隔離電壓高達(dá)8000V-PK。該器件已通過(guò)符合VDE、CSA和CQC標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型隔離認(rèn)證。 在隔離CMOS或者LVCMOS數(shù)字I/O時(shí)，該隔離器可提供高電磁抗擾度和低輻射，且具有低功耗特性。 每個(gè)隔離通道的邏輯輸入和輸出緩沖器均由二氧化硅(SiO-2)絕緣隔柵分離開來(lái)。 該器件配有使能引腳，可用于將多個(gè)主驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中的相應(yīng)輸出置于高阻態(tài)，也可用于降低功耗。
ISO7831具有兩個(gè)正向通道和一個(gè)反向通道。 如果出現(xiàn)輸入功率或信號(hào)丟失，ISO7831器件默認(rèn)輸出“高”電平，ISO7831F器件默認(rèn)輸出“低”電平。與隔離式電源一起使用時(shí)，此器件可防止數(shù)據(jù)總線或者其他電路上的噪聲電流進(jìn)入本地接地，以及干擾或損壞敏感電路。 憑借創(chuàng)新的芯片設(shè)計(jì)和布線技術(shù)，ISO7831的電磁兼容性得到了顯著增強(qiáng)，從而可確保提供系統(tǒng)級(jí)ESD、EFT和浪涌保護(hù)并符合輻射標(biāo)準(zhǔn)。ISO7831采用16引腳小外形尺寸集成電路(SOIC)寬體(DW)封裝。
