这些让人@@“过目不忘@@”的@@光@@耦@@@@,来了解一下@@?

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电@@子产品设计中@@,当@@需要在@@相互隔离的@@两个电@@路系统间传输电@@信号时@@@@,很多人第一想到的@@方案就是使用光@@电@@耦合器@@(简称@@“光@@耦@@”)。这个诞生于上个世纪@@60年代的@@技术@@,其工作原理是以光@@作为媒介来传输电@@信号@@,通常是将发光@@器@@(红外@@线@@LED)与受光@@器@@(光@@敏半导体器件@@)封装@@在@@一起@@,当@@输入端加载电@@信号时@@发光@@器发出光@@@@,受光@@器受光@@后产生@@光@@电@@流输出@@,完成一个@@“电@@—光@@—电@@”的@@转换过程@@。

由于发射端的@@光@@信号和@@接收端的@@电@@信号之间互不干扰@@,因而@@光@@耦@@具有@@很好的@@电@@绝缘能力和@@抗干扰能力@@,并且具有@@体积小@@、寿命长@@、无触点@@、单向传输信号等优点@@,得到了广泛的@@应用@@。

简单地理解@@,光@@耦@@就是由输入侧的@@@@LED和@@输出侧的@@光@@电@@检测@@器集成在@@一起而@@形成的@@产品@@,根据光@@耦@@输出侧光@@电@@检测@@器的@@类型以及电@@路的@@结构和@@特性@@,光@@耦@@可以分成以下几类@@:

1. 晶体管输出型光@@耦@@@@@@

作为最常见的@@光@@耦@@@@产品类型@@,其光@@电@@接收器是光@@敏三极管@@,输出端为单体或@@达林顿晶体管@@,分为直流信号或@@交流信号控制型@@,其具有@@大电@@流传输比@@(CTR)、高耐压@@、低输入电@@流等特点@@,且价格低@@、通用性强@@,应用十分广泛@@。不过@@,其缺点在@@于传输速度较慢@@,时@@序延时@@较大@@。

2. IC输出型光@@耦@@@@

这种类型的@@光@@耦@@@@采用光@@敏二极管作为光@@接收金宝博@@手机登录@@@@ ,同时@@会内置一个@@IC做信号放大和@@整形@@,可实现高速@@信号的@@传输@@,数据传输速率可达@@1-50Mbps。IC输出光@@耦@@又可以细分为几种不同的@@类型@@,包括用于传输逻辑信号的@@高速@@光@@耦@@@@,以及作为功率金宝博@@手机登录@@@@ (如@@IGBT)栅极驱动的@@驱动光@@耦@@@@。

3. 隔离放大器@@

隔离放大器@@可以在@@对模拟信号进行隔离的@@同时@@@@,按照一定的@@比例进行放大@@,主要用于高共模电@@压@@环境下的@@小信号测量@@,并对被测对象和@@数据采集系统予以隔离@@,保护电@@子仪器设备@@和@@人身安全@@。隔离放大器@@选型时@@@@,在@@满足隔离耐压等级要求的@@同时@@@@,线性度@@、共模瞬态抗扰度@@(CMTI)也是要重点考量的@@参数@@。

4. 可控硅输出型光@@耦@@@@@@

可控硅输出型光@@耦@@@@@@主要用于控制交流负载@@,包括双向可控硅输出和@@单向可控硅输出@@,它们采用@@了高耐压@@型可控硅@@,可以用大约@@10mA的@@低电@@流控制@@100mA的@@交流负载@@,同时@@提供电@@气隔离@@。结合功率可控硅@@,这种光@@耦@@可以控制高达几安培的@@交流电@@@@。

5. 光@@继电@@器@@

这种光@@耦@@在@@输出级配有两个连接共源的@@@@MOSFET,可以实现与机械继电@@器相同的@@功能@@@@,而@@与机械继电@@器相比具有@@长寿命@@、低电@@流驱动和@@快速响应的@@特点@@。

从上述的@@介绍可以看出@@,光@@耦@@的@@结构并不复杂@@,但越是这样@@,想做出具有@@差异化@@、让人过目不忘@@的@@产品越不容易@@,如@@何在@@光@@耦@@这个成熟的@@产品门类中做出自己的@@特色产品@@,十分考验元器件厂商的@@能力@@。

接下来@@,我们就给大家介绍几款来自@@Toshiba的@@栅极@@驱动光@@耦@@@@,它们各具特点@@,与其他竞品放在@@一起很有辨识度@@,看过之后@@,一定会让你过目不忘@@@@。

标准产品系列@@@@

Toshiba的@@标准系列@@的@@栅极@@驱动光@@耦@@@@包括@@TLP5702、TLP575x、TLP577x多个系列@@@@,它们都是由@@GaAlAs红外@@LED经光@@学耦合到一个集成的@@高增益@@、高速@@光@@电@@探测器@@IC构成@@,目标应用是作为中小型@@IGBT或@@功率@@MOSFET的@@栅极@@驱动器@@,也可应用于家用电@@器@@、逆变器和@@变频器等领域@@。

图@@1:Toshiba标准系列@@栅极驱动光@@耦@@框图@@@@

图@@1:Toshiba标准系列@@栅极驱动光@@耦@@框图@@@@(图@@源@@:Toshiba)

这些系列@@的@@光@@耦@@@@一个突出的@@特点就是@@“外形小巧@@”,它们采用@@6引脚@@SO6L封装@@,大约仅为采用@@8引脚@@DIP封装@@光@@耦@@尺寸@@的@@一半@@,并且符合国际安全标准的@@强化隔离要求@@(最小隔离电@@压@@@@5000Vrms)。

器件内部的@@法拉第噪声屏蔽提供了最低@@±20kV/μs(TLP5702)或@@±35kV/μs(TLP575x和@@TLP577x)的@@共模瞬态抗扰度@@@@,轨到轨输出保证了稳定的@@运行和@@更好的@@开关性能@@。TLP577x光@@电@@耦合器能够支持@@2mA低阈值@@输入电@@流运行@@,允许直接从微计算机驱动@@,而@@无需缓冲@@。TLP575x和@@TLP577x还提供高温型的@@产品@@(型号后缀为@@H),工作温度范围扩展至@@@@-40℃至@@125℃。这些标准型栅极驱动光@@耦@@的@@性能比较@@,详见表@@@@1。

表@@1:Toshiba标准系列@@栅极驱动光@@耦@@特性比较@@

表@@1:Toshiba标准系列@@栅极驱动光@@耦@@特性比较@@(资料来源@@:Toshiba)

简而@@言之@@,这些光@@耦@@器件为用户提供了一个能够符合产品设计规格和@@各项行业标准@@、小型化的@@解决方案@@,且产品组合丰富@@,为广泛的@@通用型应用提供了理想的@@解决方案@@。

智能栅极驱动光@@耦@@@@

如@@果说@@,上述的@@标准型光@@耦@@产品是用小型化@@、极简的@@设计去满足众多通用应用场景的@@需求@@,那么下面这款智能栅极驱动光@@耦@@@@的@@结构明显更为复杂@@。TLP5214和@@TLP5214A是高度集成的@@@@、具有@@4.0A输出电@@流的@@光@@耦@@@@@@,适用于驱动@@IGBT和@@功率@@MOSFET,用于交流电@@机和@@无刷直流电@@机驱动器@@。其内部包括两个@@GaAlAs红外@@LED和@@两个高增益@@、高速@@IC,同时@@还内置了过电@@流保护@@(VCE(sat)检测@@)、有源米勒钳位@@等功能@@@@,这样的@@设计在@@确保@@IGBT的@@安全性和@@可靠性方面十分重要@@。

TLP5214A和@@TLP5214智能栅极驱动光@@耦@@@@框图@@@@

图@@2:TLP5214A和@@TLP5214智能栅极驱动光@@耦@@@@框图@@@@(图@@源@@:Toshiba)

我们先来说说@@VCE(sat)过电@@流保护检测@@功能@@@@。在@@IGBT工作时@@@@,如@@果对@@IGBT施加过电@@流@@,集电@@极@@-发射极电@@压@@@@(VCE)将升高@@,这时@@如@@果功率过大有可能损坏@@IGBT。因此@@,必须在@@尽可能短的@@时@@间内@@(10μs以内@@)切断过电@@流@@。

VCE(sat)检测@@电@@路的@@@@“任务@@”就是监测@@IGBT的@@VCE(sat)电@@压@@。集电@@极@@电@@压@@由@@DESAT引脚@@监测@@,当@@DESAT引脚@@电@@压@@超过@@6.5V时@@,则判定为有过电@@流的@@情况发生@@,就会在@@@@700ns内执行光@@耦@@输出的@@软关断@@,与此同时@@通过图@@中下部那一组光@@电@@转化通道向控制器发送故障信号@@。通过这样一种安全保障机制@@,就可以确保@@IGBT免受过流损坏@@。

TLP5214A和@@TLP5214的@@过电@@流保护功能@@@@

图@@3:TLP5214A和@@TLP5214的@@过电@@流保护功能@@@@(图@@源@@:Toshiba)

我们再来说说@@TLP5214A和@@TLP5214另一个重要的@@保护功能@@@@——有源米勒钳位@@。IGBT集电@@极@@和@@栅极之间的@@@@寄生米勒电@@容@@CCG会在@@逆变电@@路中引发开关噪声故障@@。具体来讲@@,当@@逆变器电@@路中上臂的@@@@IGBT导通@@时@@@@,下臂@@IGBT的@@VCE会急剧上升@@,这时@@位移电@@流@@IS=CCG x(dVCG/dt)通过下臂@@的@@@@IGBT的@@CCG产生@@,并流向光@@电@@耦合器的@@输出@@,IGBT的@@栅极@@电@@压@@因此@@而@@升高@@,并流经@@RG。由于栅极电@@压@@升高@@,IGBT将错误地导通@@@@,从而@@导致上下臂@@短路@@(如@@图@@@@4)。

米勒电@@容产生@@电@@路故障的@@原理@@

图@@4:米勒电@@容产生@@电@@路故障的@@原理@@(图@@源@@:Toshiba)

解决这一问题的@@方法通常是使用一个负电@@源@@(Negative Power Source)或@@者调整栅极电@@阻@@,但前者的@@成本较高@@,后者又会增加开关噪声@@。另一种防止米勒电@@容故障的@@方法是使@@IGBT的@@栅极@@和@@发射极短路@@,但这需要额外的@@外部金宝博@@手机登录@@@@ 去实现栅极的@@钳位@@,无疑会占用更大的@@电@@路板面积@@。

而@@TLP5214A和@@TLP5214通过内置有源米勒箝位功能@@@@,很好地解决了这个问题@@。电@@路设计时@@@@,将米勒钳位引脚@@@@VCLAMP连接到@@IGBT的@@栅极@@,当@@光@@耦@@的@@输出由高变低@@,栅极电@@压@@降到大约@@3V以下时@@@@,VCLAMP-VEE之间的@@@@MOSFET导通@@,栅极被钳位于@@VEE。通过将米勒电@@流从@@VCLAMP引脚@@旁路到发射极@@,可以抑制栅极电@@压@@的@@上升@@,从而@@防止逆变器上下臂@@短路@@。

有源米勒钳位@@工作过程@@

图@@5:有源米勒钳位@@工作过程@@(图@@源@@:Toshiba)

除了上述的@@@@VCE(sat)检测@@、有源米勒钳位@@,TLP5214A和@@TLP5214还集成了许多其它功能@@@@,包括全摆幅电@@压@@输出和@@@@UVLO(欠电@@压@@锁定@@)功能@@。UVLO功能@@是为了防止在@@低电@@压@@下因功率器件驱动不足而@@引发故障@@,当@@电@@源电@@压@@在@@运行过程中下降并低于@@UVLO检测@@电@@压@@时@@@@,运行停止@@,直到栅极驱动光@@耦@@的@@电@@源电@@压@@达到@@UVLO释放电@@压@@@@,这有助于防止功率器件在@@输入电@@压@@启动过程中发生故障@@,也是不少高性能栅极驱动光@@耦@@的@@标配@@。

图@@6中对比了@@Toshiba的@@标准型和@@智能型栅极驱动光@@耦@@的@@主要功能@@差异@@。可以看出它们主要的@@差别就在@@于上面提到的@@这些附加的@@保护功能@@上@@,由于增加了这些功能@@@@,使得智能栅极驱动器可以用更少的@@外部组件@@、更低的@@成本@@、更小的@@@@PCB尺寸@@,去满足更复杂的@@设计需求@@。

标准型和@@智能型栅极驱动光@@耦@@的@@区别@@

图@@6:标准型和@@智能型栅极驱动光@@耦@@的@@区别@@(图@@源@@:Toshiba)

从本文所介绍的@@几款@@Toshiba产品中@@,可以看出栅极驱动光@@耦@@差异化的@@两种思路@@:一种是在@@标准产品上挖潜@@,尽可能将一些关键技术指标做到极致@@;另一种则是在@@光@@耦@@中集成更多的@@功能@@@@,简化系统设计@@,为开发者带来更大的@@便利@@。无论是那种思路@@,目的@@都是一样的@@@@,就是要让客户价值@@最大化@@。这样的@@产品@@,自然会打动人心@@,令人一见钟情@@,过目不忘@@。

文章来源@@: 贸泽电@@子@@

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