性能優(yōu)異且兼容主流光耦，工業(yè)應(yīng)用隔離驅(qū)動首選NSi6801

2021年2月2日-近年來，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，都對工業(yè)隔離驅(qū)動技術(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，光敏二極管接受到光線之后產(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。

在強(qiáng)弱電共存的工業(yè)自動化等系統(tǒng)中，隔離措施必不可少，通過隔離可以保護(hù)敏感電路免受高壓擾動干擾與損害，從而保證系統(tǒng)功能正常運(yùn)行，延長系統(tǒng)使用壽命，保護(hù)操作人員的人身安全。

由于具備使用簡單、成本低、體積小、無觸點(diǎn)等優(yōu)勢，光耦隔離驅(qū)動應(yīng)用極其廣泛。但光耦隔離驅(qū)動也有一些缺點(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，以及驅(qū)動器損耗及溫升相對較大而驅(qū)動器最高工作溫度相對較低等問題，難以滿足當(dāng)前工業(yè)隔離驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展要求。

納芯微光耦兼容隔離驅(qū)動NSi6801解決方案

納芯微電子推出的數(shù)字隔離驅(qū)動器NSi6801解決了工程師在隔離器件選型上的困擾。該隔離驅(qū)動的外接電路與光耦隔離驅(qū)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(shí)與驅(qū)動能力等指標(biāo)上，又比光耦隔離有較大優(yōu)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(qū)動器管腳兼容。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主流光耦隔離驅(qū)動器完全相同，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與光耦隔離器件對比有哪些優(yōu)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(yīng)，干擾脈沖可能會導(dǎo)致輸出端出現(xiàn)誤關(guān)斷或誤開通的動作。某款主流光耦隔離驅(qū)動Axx-Wxxx在輸入端出現(xiàn)35kV/μs的脈沖信號時(shí)，輸出端就會誤觸發(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)電容組成差分線路傳遞信號，通過設(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以上的直流母線系統(tǒng)中，而光耦隔離器件只能適用于800V以內(nèi)的直流母線系統(tǒng)中。

在工作時(shí)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(qū)動相比，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以內(nèi)的系統(tǒng)橋臂死區(qū)時(shí)間。而光耦隔離驅(qū)動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以內(nèi)的系統(tǒng)橋臂死區(qū)時(shí)間。所以，與光耦隔離驅(qū)動相比，NSi6801更適合當(dāng)前隔離應(yīng)用的高頻化趨勢。

在驅(qū)動能力上，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)動相比，具有明顯的優(yōu)勢。與普通光耦隔離驅(qū)動上管僅使用PMOS不同，NSi6801的驅(qū)動晶體管上管采用NMOS與PMOS并聯(lián)的方式，有效降低了驅(qū)動器內(nèi)阻，從而增強(qiáng)了不同輸出電壓下的驅(qū)動能力，并降低了驅(qū)動器損耗。驅(qū)動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)在高速開關(guān)或高溫應(yīng)用時(shí)的可靠性。

通過多項(xiàng)對比可以發(fā)現(xiàn)，無論是共模抑制能力、隔離性能、工作壽命、傳輸延時(shí)，還是驅(qū)動能力與溫升，NSi6801都比對應(yīng)的主流光耦隔離驅(qū)動有明顯優(yōu)勢，而又由于其管腳兼容，工程師無須改動設(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)動的更優(yōu)選擇。