德州儀器全新光耦仿真器產品，延長高電壓工業和汽車應用的使用壽命
2023-09-22 08:40:08 EETOP德州儀器一直以來都致力于在高電壓環境下提供專業的器件組合，來幫助設計人員在高電壓應用中實現卓越的可靠性。從功率轉化到傳感、隔離、實時控制，德州儀器的模擬和嵌入式設計可以為客戶提供整體解決方案，簡化高電壓的設計，確保在最惡劣的工作條件下也能實現出色的效率、準確性、隔離性能和控制性能。
工業時代高壓隔離所面臨的挑戰
自 20 世紀 70 年代以來，光耦合器（也被稱為光電耦合器、光隔離器或光隔離器）一直是為系統信號尋求電流隔離的設計人員的首選。雖然有所進步，但 LED 隔離技術的電氣特性、高電壓可靠性和集成能力促使設計人員探索替代方案。
傳統光耦會遇到幾個問題，一是 LED 的發光會受使用壽命的影響，發生老化效應；二是由于生產過程中工藝的限制，它的一致性無法被保證；三是雖然傳統光耦通過了IEC60747-5-5的認證，但并沒有做壽命測試。
轉變前：傳統光耦合器使用 LED 跨隔離柵傳輸數字或模擬信號，光電晶體管檢測另一側的信號。 光耦合器中使用的 LED 在其使用壽命內會出現老化或退化效應，這已成為系統設計人員面臨的挑戰。此外，光耦合器中使用的絕緣材料范圍包括空氣、環氧樹脂和模制化合物。
轉變后：通過使用 TI 基于 SiO2 隔離柵的光耦仿真器來實現信號隔離，可以避免上述常見的光耦合器挑戰。 右圖顯示了 TI 光耦仿真器的內部結構，其中傳統光耦合器的功能行為在發送和接收電路上進行仿真模擬，并且 SiO2 提供高壓隔離。
使用德州儀器最新的隔離產品組合升級光耦合器
更低的功耗。傳統光耦合器需要進行超裕度設計，以補償 LED 不可避免的老化效應。因此，在整個設計生命周期內，需要額外的正向電流 (IF)。 TI 光耦仿真器可提供低得多的 IF 和電源電流，從而降低高達 80% 的功耗。
改進的共模瞬態抗擾度 (CMTI)。雖然常見的數字光耦合器指定的 CMTI 約為 15 kV/μs，但 ISOM8710 的最小 CMTI 為 125 kV/μs，使其能夠用于具有非常高共模開關噪聲或高振鈴噪聲的應用。
穩定且嚴格的電流傳輸比 (CTR)。ISOM8110 等 TI 光耦仿真器標配各種嚴格的 CTR 范圍，這些范圍在整個溫度范圍內都很穩定。
數據速率快。典型的高速光耦合器支持 1 Mbps 至 10 Mbps 的數據速率，而 ISOM8710 支持 25 Mbps，可實現更高的吞吐量，并能夠在各種高速應用中使用光耦仿真器。
帶寬。ISOM8110 支持 680 kHz 的高帶寬，從而可以減小強制磁性元件（電感器和變壓器）的尺寸。寬帶寬能夠改善次級側穩壓反激轉換器的瞬態響應。改進的瞬態響應可以減小輸出電容器的尺寸，釋放電路板空間并降低總體系統成本，特別是在高開關頻率氮化鎵設計中。
溫度范圍寬。一般光耦合器支持的溫度范圍為 0°C 至 +85°C。 雖然某些光耦合器支持更寬的溫度范圍，但該功能需要額外的成本。TI 光耦仿真器支持 –55°C 至 +125°C 的標準溫度范圍，并且將于 2024 年推出更多符合汽車標準的器件。
在整個生命周期內達到新的系統性能水平
TI 的光耦仿真器是基于二氧化硅的隔離技術，它沒有發光器件，所以不會發生老化問題。在一致性方面，它的工藝和芯片生產相同，一致性可以得到保證。最后，這款產品通過了IEC60747-17的認證，也包含了壽命測試，擁有超過40年的使用壽命。
在隔離電源的隔離反饋路徑上，德州儀器以前使用了很多基于二氧化硅的數字隔離器，這次的產品是基于二氧化硅的模擬隔離器，可以替代模擬光耦。在反饋路徑上，德州儀器的光耦仿真器從右向左傳遞成比例的模擬信號，實現電流對電流的隔離，可以直接替換隔離電源中的光耦。
并且有以下幾個方面的好處：它的 CTR 基本不會隨溫度變化，在全溫度范圍內的隔離增益可以保持一致的調節。第二，傳統光耦會有老化的問題，所以需要過設計，而德州儀器的器件一致性比較高，可以讓設計的余量更加緊湊。第三，這款產品的帶寬比傳統光耦寬，可以改善負載的瞬態響應，降低輸出電容的成本，從而降低整體系統的成本。最后，德州儀器是基于二氧化硅的模擬隔離技術，它的壽命會比傳統光耦長，保證了電源長期的可靠性。
德州儀器近三十年來一直致力于提供高可靠性、經濟實惠的隔離技術，幫助設計人員解決在高電壓應用領域中的各種設計挑戰。同時也在不斷創新，利用二氧化硅技術實現隔離的傳感技術，隔離的柵極門驅動技術，也包括今天發布的光耦仿真器。始終與設計者共同克服解決可靠性、安全、壽命等設計中遇到的挑戰。
