在討論了使用隔離器來防止高壓。在這篇文章中，我將討論隔離器的一個關(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接地之間的高轉(zhuǎn)換率電壓瞬變，而不會破壞通過它的信號。一般來說，較高的 CMTI 表示對噪聲的魯棒性，并且在任何隔離應(yīng)用中都是一個優(yōu)勢。但是，在某些特殊應(yīng)用中，高 CMTI 隔離器可以使最終產(chǎn)品實現(xiàn)顯著差異化。
太陽能、風(fēng)能和電網(wǎng)存儲應(yīng)用使用逆變器將產(chǎn)生或存儲的直流電轉(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)動器或數(shù)字隔離器與非隔離式柵極驅(qū)動器相結(jié)合，將來自微控制器的信號轉(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，并將微控制器與逆變器的高壓部件隔離開來。圖 1 顯示了中央太陽能逆變器的簡化框圖。
圖 1：中央太陽能逆變器的簡化框圖
這些應(yīng)用中使用的隔離器面臨高接地瞬變（參見圖 2），因為兩個接地之一連接到快速開關(guān)逆變器輸出。 對于大功率逆變器設(shè)計，逆變器輸出可以在幾十納秒內(nèi)切換到 1500V。CMTI 在這里是一個關(guān)鍵參數(shù)，因為這些接地瞬變在隔離器中引起的任何位錯誤都可能導(dǎo)致危險的短路。
圖 2：逆變器輸出開關(guān)曲線轉(zhuǎn)換為隔離器的高 CMTI
太陽能、風(fēng)能和固定存儲中的逆變器開始使用更高的直流總線電壓、更短的開關(guān)時間和更高的開關(guān)頻率。這些因素中的每一個都增加了對隔離器的 CMTI 要求。
使用更高的直流母線電壓會增加輸出功率，同時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能、風(fēng)能和固定存儲應(yīng)用帶來若干好處。
TI 最近發(fā)布了ISO5851和ISO5451隔離式柵極驅(qū)動器，提供 100kV/μs 的最低 CMTI。
ISO5851-Q1 是一款用于 IGBT 和 MOSFET 的 5.7 kV-RMS 增強型隔離柵極驅(qū)動器，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 的單電源供電運行。輸出端允許的電源范圍為 15V 至 30V 。兩個互補 CMOS 輸入控制柵極驅(qū)動器的輸出狀態(tài)。 76ns 的短暫傳播時間保證了對于輸出級的精確控制。
內(nèi)置的去飽和(DESAT)故障檢測功能可識別 IGBT 何時處于過載狀態(tài)。當(dāng)檢測到 DESAT 時，柵極驅(qū)動器輸出會被拉低為 V EE2 電勢，從而將 IGBT 立即關(guān)斷。
當(dāng)發(fā)生去飽和故障時，器件會通過隔離隔柵發(fā)送故障信號，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 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。這些隔離器可實現(xiàn)成本更低、效率更高的大功率逆變器設(shè)計。
ISO7831是一款高性能三通道數(shù)字隔離器，隔離電壓高達8000V-PK。該器件已通過符合VDE、CSA和CQC標準的增強型隔離認證。 在隔離CMOS或者LVCMOS數(shù)字I/O時，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。 該器件配有使能引腳，可用于將多個主驅(qū)動應(yīng)用中的相應(yīng)輸出置于高阻態(tài)，也可用于降低功耗。
ISO7831具有兩個正向通道和一個反向通道。 如果出現(xiàn)輸入功率或信號丟失，ISO7831器件默認輸出“高”電平，ISO7831F器件默認輸出“低”電平。與隔離式電源一起使用時，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)計和布線技術(shù)，ISO7831的電磁兼容性得到了顯著增強，從而可確保提供系統(tǒng)級ESD、EFT和浪涌保護并符合輻射標準。ISO7831采用16引腳小外形尺寸集成電路(SOIC)寬體(DW)封裝。
