大幅提升電源隔離系統(tǒng)功率密度，應(yīng)對新一代汽車和工業(yè)系統(tǒng)隔離挑戰(zhàn)

為了更安全高效地對高壓環(huán)境進(jìn)行控制，隔離器就顯得尤為重要。從日常的手機充電器、到樓宇自動化、醫(yī)療和智能工業(yè)等應(yīng)用中均存在隔離器的影子。隨著新一代工業(yè)系統(tǒng)和汽車系統(tǒng)的發(fā)展，業(yè)內(nèi)對于隔離器有了更高的要求。為了滿足這一需求，TI于近日推出了一系列的隔離器新品，通過業(yè)內(nèi)超小尺寸、超高工作電壓、超高精度、超高集成度等特色應(yīng)對新一代隔離挑戰(zhàn)。

新一代數(shù)字隔離技術(shù)

最傳統(tǒng)的隔離器技術(shù)來自繼電器，而后隨著光耦的出現(xiàn)，光電隔離器開始實現(xiàn)了市場接管并且持續(xù)了50年之久。但光耦隔離也有著速度慢、信號耦合等問題，在新一代的工業(yè)和汽車系統(tǒng)中，隨著新一代半導(dǎo)體器件的應(yīng)用，光耦隔離器較難滿足高端客戶的需求。

數(shù)字隔離器有著體積小、速度快和集成度高等優(yōu)勢，目前主要是電容隔離和電磁隔離兩類。數(shù)字隔離器廠商都在布局光耦隔離的替代市場，同時瞄準(zhǔn)新興的EV、太陽能等市場需求。隨著市場的蓬勃發(fā)展，半導(dǎo)體規(guī)模效應(yīng)開始顯現(xiàn)，光耦隔離器在價格成本方面的優(yōu)勢相比數(shù)字隔離器正在變得越來越小。

TI在2006年開發(fā)出了業(yè)界首款SiO2電容隔離器，并且一直在該領(lǐng)域持續(xù)鉆研，目前隔離器已經(jīng)成為了TI模擬信號鏈下的一條重要產(chǎn)品線。通過將分立式功能或機械功能轉(zhuǎn)換為通過半導(dǎo)體技術(shù)實現(xiàn)的功能，隔離器解決方案的可靠性大幅提高、尺寸大幅縮減、并可在工作溫度范圍內(nèi)運行更多開關(guān)周期，成為許多應(yīng)用中真正的關(guān)鍵賦能因素。

據(jù)德州儀器(TI) 電源開關(guān)、接口和照明部門副總裁兼總經(jīng)理Troy Coleman介紹，在電動汽車中當(dāng)前偏置方案是采用集中式偏置點電源，例如一個車上可能又六個柵極驅(qū)動器和牽引逆變器有關(guān)，它們都采用同一個偏置電源供電。傳統(tǒng)方式是集中供電，使用一個10W 偏置電源在汽車中為牽引逆變器的各個分支配電。它又大又重，而且存在可靠性問題。TI的隔離解決方案是通過使用小型芯片為每個牽引逆變器分支分配一個本地偏置電源，在保證運行功率的前提下，將偏置電源整體尺寸縮減了80%，并且提供了更低的EMI和更高的可靠性。

全新超小型隔離產(chǎn)品：固態(tài)隔離器、隔離式比較器和隔離直流電源

為了幫助業(yè)界以更好、更經(jīng)濟的方案是應(yīng)對隔離挑戰(zhàn)，近期TI又推出了的隔離器產(chǎn)品系列，其中包含固態(tài)隔離器、隔離式比較器和隔離直流電源產(chǎn)品。

TPSI3050-Q1 和TPSI2140-Q1 固態(tài)繼電器

全新推出的固態(tài)隔離器在單一芯片封裝內(nèi)實現(xiàn)了電源和信號傳輸?shù)募?，從而為客戶的系統(tǒng)解決方案提供了更簡潔、高可靠性和小尺寸的優(yōu)勢。

利用獨特的方法，全新固態(tài)繼電器系列可在一個芯片上穿過單一隔離柵傳輸功率和信號。通過高度集成，可在傳統(tǒng)設(shè)計中至少取消三個組件，與競爭解決方案相比，解決方案尺寸至多可減少90%，成本最多可減少50%。

AMC23C12 隔離式比較器

AMC23C12是業(yè)內(nèi)首款增強型隔離式比較器，可實現(xiàn)隔離式雙向過流、過壓和過熱檢測。該器件結(jié)合了標(biāo)準(zhǔn)比較器和穩(wěn)健的電隔離屏障，可縮小解決方案尺寸和降低成本。

通過集成一個寬輸入范圍低壓降穩(wěn)壓器、一個窗口比較器和一個精密電壓基準(zhǔn)，將傳統(tǒng)解決方案尺寸縮小了50%。在最惡劣情況下AMC23C12的跳變閾值精度仍低于3%，有助于工程師減少設(shè)計裕度，支持更小尺寸的無源器件。小于400ns的響應(yīng)時間，提供超快過流和過壓檢測，從而實現(xiàn)更好的系統(tǒng)保護(hù)。該芯片可以通過單個外部電阻器調(diào)整跳變閾值，從而提高其在不同設(shè)計中的復(fù)用性。

UCC12050 和UCC14240-Q1 隔離式直流/直流電源

UCC12050是首款首款使用TI 的集成變壓器技術(shù)開發(fā)的器件，發(fā)布于2020年。UCC14240-Q1是業(yè)內(nèi)尺寸超小且精度超高的1.5W 隔離式直流/直流偏置電源模塊，發(fā)布于2021年。

專有的集成變壓器技術(shù)于2020年首次推出，縮小了隔離式電源傳輸，使其可納入IC尺寸的封裝中，實現(xiàn)了高密度隔離式直流/直流電源轉(zhuǎn)換，同時可保持低EMI和高可靠性。

該集成變壓器采用TI專有技術(shù)優(yōu)勢，具備極低的初級到次級電容，工程師可以大幅提高系統(tǒng)的功率密度，將現(xiàn)有解決方案體積減少80%。在閉環(huán)控制在-40°C至150°C范圍內(nèi)可實現(xiàn)雙輸出，精度高達(dá)±1.0%。8mm爬電距離和間隙的增強型隔離可用于防范接地電勢差，并保持穩(wěn)健性。

結(jié)語

此次TI推出的一系列隔離新品，大幅縮減了系統(tǒng)整體的尺寸，實現(xiàn)了系統(tǒng)功率密度的大幅提升。而且采用了TI專有的生產(chǎn)工藝而來的SiO2隔離器，在EMI、精度、可靠性和開關(guān)速度上也具備優(yōu)勢。對于新一代的工業(yè)和汽車應(yīng)用而言，隔離器的技術(shù)升級將會是其中重要的一環(huán)。