TI隔离式栅极驱动器让功率密度和高效率更进一步

作者：刘洪

日前，德州仪器（TI）推出了一款业内较快的5.7k V_RMS隔离式双通道栅极驱动器UCC21520，它是TI隔离产品组合中新型栅极驱动器家族的第一款产品。在公司的“隔离式驱动器媒体说明会”上，德州仪器亚太区模拟产品汽车方案业务拓展总监吴渭强介绍了UCC21520的先进性能和优势，回答了记者提出的问题。

处处需要隔离

吴渭强表示，工厂自动化、楼宇自动化、消费电子产品、电机驱动与控制、智能电网和医疗设备都需要隔离，它是在高压和低压电路之间传输数据和电源的一种方式，以防止危险的直流电流或不受控制的瞬态电流在两个电路间流动。隔离可保护设备或人员不受高压浪涌的破坏和伤害；允许电路中高能或远距离的较大的接地电位差和破坏性接地回路；与服务器、医疗设备与混合电动汽车/电动汽车电源、电机驱动逆变器和太阳能转换系统等高压高性能解决方案中的高端元件进行可靠的通信。

以云服务器为例，服务器需要电来存储和为客户检索信息。供电单元的功率范围在几百至几千瓦之间。服务器独立于电网运行，其交流电压范围为几百至几千伏，因此被认定为高压单元。因为供电单元的高压和高电量，因此确保人员安全是不容忽视的。任何故障和从高压单元的向HMI的漏电都会对人员造成致命伤害，还会损坏所有电压元件。保护人员和低压单元不受此类故障的影响就是隔离。半导体集成电路隔离设备使数据和电力在高压和低压单元之间顺利传输，同时防止雷击等危险性直流或来自电网的不受控制的瞬态电流。

但是，人们需要更多的信息。从在机场或餐厅等拥挤的地方观看视频到听较喜欢的音乐，人们对信息的需求只增不减。不仅如此，人们还希望能即时获取信息。随着数据需求的不断增长，云变得越来越大，因此电力输送系统的电量供应需求也与日俱增。但是云的存储容量是有限的。而扩大容量非常昂贵且非常不经济。

有两种方案可以同时解决安全要求和增长的信息需求：增加功率密度和提供鲁棒隔离。为了增加功率密度，需要大幅提高电源效率，提高电源传输速率，这样可以使电源单元尺寸更小。为了提供鲁棒隔离，可以确保隔离器是系统的组成部分，通过将高速栅极驱动器等关键电源元件与隔离器集成在一起，可以节省电源主板空间。这就是隔离式栅极驱动器。

为了满足新兴需求

那么，德州仪器为什么现在推出产品呢？吴渭强说是为了满足工业自动化与控制行业向下一代升级，以及电机驱动和能源存储/运输系统中能源效率的阶梯函数增长的需求，拓展TI的隔离生态系统。

据介绍，2016年6月德州仪器发布了业内性能较高的加强隔离式放大器AMC1301，而现在推出的新型增强隔离式双通道驱动器UCC21520是行业内较快的高压应用隔离式栅极驱动器，具有高速传播延迟、强力驱动、普适兼容性等特点。在推出UCC21520之后，德州仪器持续以可靠高效的隔离式解决方案扩大了其隔离式产品组合，满足设计简单的下一代系统所要求的高压、可靠、防干扰和高性能等特性。

他说，因其高度的灵活性和通用兼容性，UCC21520隔离式驱动器能够广泛地用于低端、高端、高端/低端或半桥电源管理设计。UCC21520的市场与应用是高功率、高压转换中涉及的高频、开关电源应用，包括汽车、企业能源与通信、太阳能、逆变器、电机驱动及其他工业应用。

独具优势的隔离式驱动器

谈到UCC21520隔离式驱动器，吴渭强介绍说，UCC21520的集成元件、先进防护功能和优化的开关性能，能帮助设计师为企业、电信、汽车和工业应用创建更小、更可靠的设计。UCC21520为对系统防护和可靠性有高要求的高压应用而开发，可提供5.7kVrms的增强隔离，其浪涌抗扰度经测试高达12.8 kV，普通模式的瞬态过压抗扰度在100 V/ns以上。它拥有业内较快的19ns传播延迟，以及业内较紧密的低于5ns的通道至通道延迟匹配，UCC21520可提供高功率密度和高效率，使解决方案尺寸更小，在终端设备使用寿命内运行更可靠。他强调，上述特点能使客户的产品更快地进入市场。

UCC21520的独特之处在哪里呢？吴渭强说，在现有解决方案的基础上，设计师们必须为合适的应用选择合适的元件。UCC21520是能够用于多种应用的单个器件。UCC21520的优势在于，功率密度更高，让解决方案尺寸更小。其4A源电流与6A反向电流使得对于高频开关电源应用1.8nF负载的上升时间为6ns，下降时间为7ns，降低了开关损耗；在隔离可靠性方面，UCC21520顶级的12.8kV浪涌防护、100V/ns以上的抗噪声性能以及集成死区时间控制是高安全性应用的理想选择；其通用灵活性体现在3至18V宽范围输入电压、可编程死区时间控制、双通道与并联输出，使UCC21520成为能够用于多种应用的单个器件；低功耗在于待机功率低至1mA，有助于提高能源效率，延长设备使用寿命。

为了帮助工程师进行系统设计，加快进入市场时间，德州仪器提供TI Designs参考设计库，包括电路或模块图、BOM、设计文档和测试报告。它涵盖TI的模拟、嵌入式处理器和连接产品组合，支持工业、汽车、消费电子产品等广泛应用。针对UCC21520，德州仪器提供具有电流、电压和温度保护功能的增强隔离式三相逆变器参考设计TIDA-00366，其额定功率高达10kW，为使用增强隔离式双通道栅极驱动器UCC21520、增强隔离式放大器AMC1301与TMS320F28027的三相逆变器提供了参考解决方案。

吴渭强较后表示，为了实现完整的电源管理设计，使系统性能较大化，工程师可以将TI的控制器与UCC21520隔离式栅极驱动器配合使用，以优化系统性能。模拟控制器包括用于相移全桥设计的UCC28950、用于谐振模式电源的UCC25600以及用于功率因数校正（PFC）的UCC28070。TI数字电源控制器包括UCD3138与C2000™ 32位微控制器。

www.ti.com.cn

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