|
作者：納芯微 近年來，隨著物聯網、大數據和云計算在工業領域的普及，全球工業正在發生一輪新變革。為實現智能化、低功耗和高效率產出，工業應用中引入更多的傳感器和節點，電氣組件數量在持續增加，而工業電氣系統的重量和體積都在減小，以新能源汽車和電力傳輸為代表的應用則在提高工作電壓。 以上這些變化，都對工業隔離驅動技術提出了新的挑戰。小型化、輕量化要求功率器件具備更高的開關頻率、更小的死區時間，而系統復雜化與高壓應用則對隔離器件的可靠性提出了更高要求。 光耦隔離是目前應用較為廣泛的技術。光耦隔離器是以光為媒介傳輸電信號的器件，其原理是將發光二極管與光敏二極管封裝在一起，當輸入端加載一定電壓時發光二極管導通發射光線，光敏二極管接受到光線之后產生電流，從輸出端流出。從而實現“電-光-電”的轉換。通過光電轉換，光耦隔離器實現了輸入與輸出之間的絕緣，從而可以單向傳輸信號。 在強弱電共存的工業自動化等系統中，隔離措施必不可少，通過隔離可以保護敏感電路免受高壓擾動干擾與損害，從而保證系統功能正常運行，延長系統使用壽命，保護操作人員的人身安全。 由于具備使用簡單、成本低、體積小、無觸點等優勢，光耦隔離驅動應用極其廣泛。但光耦隔離驅動也有一些缺點，存在共模干擾抑制能力較差、隔離性能與可靠性不夠高、傳輸延時較長，以及驅動器損耗及溫升相對較大而驅動器最高工作溫度相對較低等問題，難以滿足當前工業隔離驅動技術的發展要求。 納芯微光耦兼容隔離驅動NSi6801解決方案 納芯微電子推出的數字隔離驅動器NSi6801解決了工程師在隔離器件選型上的困擾。該隔離驅動的外接電路與光耦隔離驅動相同，而在抗共模干擾抑制能力、隔離性能與可靠性、傳輸延時與驅動能力等指標上，又比光耦隔離有較大優勢。工程師無需在易用性和性能之間做取舍。 
在封裝上，NSi6801共有三種封裝，與市場上主流光耦隔離驅動器管腳兼容。在輸入特性上，NSi6801內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主流光耦隔離驅動器完全相同，與光耦器件一樣，NSi6801也支持輸入互鎖保護機制。除了在10mA工作電流時，可修改外部電阻以匹配光耦器件的輸入電壓之外，NSi6801與主流光耦隔離驅動的應用設置均相同。所以工程師在選用NSi6801時，可以直接替換原有的光耦隔離器設計。
那么在性能上，NSi6801與光耦隔離器件對比有哪些優勢呢？ 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，干擾脈沖可能會導致輸出端出現誤關斷或誤開通的動作。某款主流光耦隔離驅動Axx-Wxxx在輸入端出現35kV/μs的脈沖信號時，輸出端就會誤觸發。NSi6801采用電容隔離，為提高共模抑制能力，NSi6801的隔離電路由四個電容組成差分線路傳遞信號，通過設計保證這四個電容的容值接近，從而有效降低共模干擾，同時，納芯微獨家專利的“Adaptive OOK™技術”，也進一步增強了抗共模干擾的能力。在實測中，NSi6801 在200kV/μs的共模干擾下仍可保持輸出端的正確狀態。
在隔離性能上，NSi6801全面勝出。NSi6801滿足新版DIN VDE V 0884-11增強隔離標準。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；一分鐘耐壓峰值達到8kV，RMS值達到5700V，都是超越或達到光耦的最高水平。在爬電距離上，根據IEC60950，NSi6801可以適用在1000V以上的直流母線系統中，而光耦隔離器件只能適用于800V以內的直流母線系統中。 在工作時長上，NSi6801可在2121V母線電壓工作條件下，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。 與光耦隔離驅動相比，NSi6801的傳輸延時更小，芯片之間傳輸延時匹配度更高。NSi6801傳輸延時最大值為100ns，芯片之間傳輸延時差異最大值為35ns，可以支持70ns以內的系統橋臂死區時間。而光耦隔離驅動Axx-Wxxx傳輸延時最大為200ns，芯片之間傳輸延時差異最大值為100ns，僅可以支持200ns以內的系統橋臂死區時間。所以，與光耦隔離驅動相比，NSi6801更適合當前隔離應用的高頻化趨勢。 在驅動能力上，NSi6801同樣優秀。最小輸出電流3.5A，典型值為5A，與光耦隔離驅動相比，具有明顯的優勢。與普通光耦隔離驅動上管僅使用PMOS不同，NSi6801的驅動晶體管上管采用NMOS與PMOS并聯的方式，有效降低了驅動器內阻，從而增強了不同輸出電壓下的驅動能力，并降低了驅動器損耗。驅動器損耗的降低則減少了器件發熱，NSi6801工作結溫為150℃，有效保證了系統在高速開關或高溫應用時的可靠性。 通過多項對比可以發現，無論是共模抑制能力、隔離性能、工作壽命、傳輸延時，還是驅動能力與溫升，NSi6801都比對應的主流光耦隔離驅動有明顯優勢，而又由于其管腳兼容，工程師無須改動設計就可以應用，可一步到位提高設計性能，所以NSi6801是替代光耦隔離驅動的更優選擇。 |
