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作者：納芯微 近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算在工業(yè)領(lǐng)域的普及，全球工業(yè)正在發(fā)生一輪新變革。為實(shí)現(xiàn)智能化、低功耗和高效率產(chǎn)出，工業(yè)應(yīng)用中引入更多的傳感器和節(jié)點(diǎn)，電氣組件數(shù)量在持續(xù)增加，而工業(yè)電氣系統(tǒng)的重量和體積都在減小，以新能源汽車(chē)和電力傳輸為代表的應(yīng)用則在提高工作電壓。 以上這些變化，都對(duì)工業(yè)隔離驅(qū)動(dòng)技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。小型化、輕量化要求功率器件具備更高的開(kāi)關(guān)頻率、更小的死區(qū)時(shí)間，而系統(tǒng)復(fù)雜化與高壓應(yīng)用則對(duì)隔離器件的可靠性提出了更高要求。 光耦隔離是目前應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)。光耦隔離器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的器件，其原理是將發(fā)光二極管與光敏二極管封裝在一起，當(dāng)輸入端加載一定電壓時(shí)發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)射光線(xiàn)，光敏二極管接受到光線(xiàn)之后產(chǎn)生電流，從輸出端流出。從而實(shí)現(xiàn)“電-光-電”的轉(zhuǎn)換。通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，光耦隔離器實(shí)現(xiàn)了輸入與輸出之間的絕緣，從而可以單向傳輸信號(hào)。 在強(qiáng)弱電共存的工業(yè)自動(dòng)化等系統(tǒng)中，隔離措施必不可少，通過(guò)隔離可以保護(hù)敏感電路免受高壓擾動(dòng)干擾與損害，從而保證系統(tǒng)功能正常運(yùn)行，延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命，保護(hù)操作人員的人身安全。 由于具備使用簡(jiǎn)單、成本低、體積小、無(wú)觸點(diǎn)等優(yōu)勢(shì)，光耦隔離驅(qū)動(dòng)應(yīng)用極其廣泛。但光耦隔離驅(qū)動(dòng)也有一些缺點(diǎn)，存在共模干擾抑制能力較差、隔離性能與可靠性不夠高、傳輸延時(shí)較長(zhǎng)，以及驅(qū)動(dòng)器損耗及溫升相對(duì)較大而驅(qū)動(dòng)器最高工作溫度相對(duì)較低等問(wèn)題，難以滿(mǎn)足當(dāng)前工業(yè)隔離驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展要求。 納芯微光耦兼容隔離驅(qū)動(dòng)NSi6801解決方案 納芯微電子推出的數(shù)字隔離驅(qū)動(dòng)器NSi6801解決了工程師在隔離器件選型上的困擾。該隔離驅(qū)動(dòng)的外接電路與光耦隔離驅(qū)動(dòng)相同，而在抗共模干擾抑制能力、隔離性能與可靠性、傳輸延時(shí)與驅(qū)動(dòng)能力等指標(biāo)上，又比光耦隔離有較大優(yōu)勢(shì)。工程師無(wú)需在易用性和性能之間做取舍。 
在封裝上，NSi6801共有三種封裝，與市場(chǎng)上主流光耦隔離驅(qū)動(dòng)器管腳兼容。在輸入特性上，NSi6801內(nèi)建電路模擬二極管特性，閾值電流、閾值電壓和輸入工作電流與市場(chǎng)主流光耦隔離驅(qū)動(dòng)器完全相同，與光耦器件一樣，NSi6801也支持輸入互鎖保護(hù)機(jī)制。除了在10mA工作電流時(shí)，可修改外部電阻以匹配光耦器件的輸入電壓之外，NSi6801與主流光耦隔離驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用設(shè)置均相同。所以工程師在選用NSi6801時(shí)，可以直接替換原有的光耦隔離器設(shè)計(jì)。
那么在性能上，NSi6801與光耦隔離器件對(duì)比有哪些優(yōu)勢(shì)呢？ 以共模干擾抑制能力（CMTI）為例，由于光耦隔離器件的寄生電容效應(yīng)，干擾脈沖可能會(huì)導(dǎo)致輸出端出現(xiàn)誤關(guān)斷或誤開(kāi)通的動(dòng)作。某款主流光耦隔離驅(qū)動(dòng)Axx-Wxxx在輸入端出現(xiàn)35kV/μs的脈沖信號(hào)時(shí)，輸出端就會(huì)誤觸發(fā)。NSi6801采用電容隔離，為提高共模抑制能力，NSi6801的隔離電路由四個(gè)電容組成差分線(xiàn)路傳遞信號(hào)，通過(guò)設(shè)計(jì)保證這四個(gè)電容的容值接近，從而有效降低共模干擾，同時(shí)，納芯微獨(dú)家專(zhuān)利的“Adaptive OOK™技術(shù)”，也進(jìn)一步增強(qiáng)了抗共模干擾的能力。在實(shí)測(cè)中，NSi6801 在200kV/μs的共模干擾下仍可保持輸出端的正確狀態(tài)。
在隔離性能上，NSi6801全面勝出。NSi6801滿(mǎn)足新版DIN VDE V 0884-11增強(qiáng)隔離標(biāo)準(zhǔn)。NSi6801最高工作直流電壓2121V，比主流光耦最高工作電壓高出近一倍；一分鐘耐壓峰值達(dá)到8kV，RMS值達(dá)到5700V，都是超越或達(dá)到光耦的最高水平。在爬電距離上，根據(jù)IEC60950，NSi6801可以適用在1000V以上的直流母線(xiàn)系統(tǒng)中，而光耦隔離器件只能適用于800V以?xún)?nèi)的直流母線(xiàn)系統(tǒng)中。 在工作時(shí)長(zhǎng)上，NSi6801可在2121V母線(xiàn)電壓工作條件下，正常工作45年以上，壽命期間失效率為百萬(wàn)分之一。相比而言，Axx-Wxxx在1414V直流電壓工作條件下，推薦使用壽命只有11.4年。 與光耦隔離驅(qū)動(dòng)相比，NSi6801的傳輸延時(shí)更小，芯片之間傳輸延時(shí)匹配度更高。NSi6801傳輸延時(shí)最大值為100ns，芯片之間傳輸延時(shí)差異最大值為35ns，可以支持70ns以?xún)?nèi)的系統(tǒng)橋臂死區(qū)時(shí)間。而光耦隔離驅(qū)動(dòng)Axx-Wxxx傳輸延時(shí)最大為200ns，芯片之間傳輸延時(shí)差異最大值為100ns，僅可以支持200ns以?xún)?nèi)的系統(tǒng)橋臂死區(qū)時(shí)間。所以，與光耦隔離驅(qū)動(dòng)相比，NSi6801更適合當(dāng)前隔離應(yīng)用的高頻化趨勢(shì)。 在驅(qū)動(dòng)能力上，NSi6801同樣優(yōu)秀。最小輸出電流3.5A，典型值為5A，與光耦隔離驅(qū)動(dòng)相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。與普通光耦隔離驅(qū)動(dòng)上管僅使用PMOS不同，NSi6801的驅(qū)動(dòng)晶體管上管采用NMOS與PMOS并聯(lián)的方式，有效降低了驅(qū)動(dòng)器內(nèi)阻，從而增強(qiáng)了不同輸出電壓下的驅(qū)動(dòng)能力，并降低了驅(qū)動(dòng)器損耗。驅(qū)動(dòng)器損耗的降低則減少了器件發(fā)熱，NSi6801工作結(jié)溫為150℃，有效保證了系統(tǒng)在高速開(kāi)關(guān)或高溫應(yīng)用時(shí)的可靠性。 通過(guò)多項(xiàng)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是共模抑制能力、隔離性能、工作壽命、傳輸延時(shí)，還是驅(qū)動(dòng)能力與溫升，NSi6801都比對(duì)應(yīng)的主流光耦隔離驅(qū)動(dòng)有明顯優(yōu)勢(shì)，而又由于其管腳兼容，工程師無(wú)須改動(dòng)設(shè)計(jì)就可以應(yīng)用，可一步到位提高設(shè)計(jì)性能，所以NSi6801是替代光耦隔離驅(qū)動(dòng)的更優(yōu)選擇。 |
