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        接力創新,TI隔離器件賦能電源行業新發展

        《名企發布會動態》
        2022-05-18 14:30 來源:電源網原創 編輯:邢

        隔離可以定義為斷路以及從初級側和次級側接地。在需確保系統運行穩健可靠的工廠自動化、樓宇自動化、個人電子產品、汽車、智能電網、醫療設備等場合都需要隔離。在談及隔離技術的重要性時,德州儀器(TI)電源開關、接口和照明部門副總裁兼總經理Troy Coleman先生解釋說:“隔離之所以重要,是因為高壓環境很關鍵。高壓環境之所以很關鍵,是因為我們想要更加經濟高效地輸電。而高壓輸電就是最好的方法。所以我們的電網是高壓電網。只要存在高電壓,只要人們的生活離不開高電壓,半導體隔離技術就會越來越重要?!?

        近日,TI召開新品發布會正式推出包括TPSI2140-Q1和TPSI3050-Q1固態繼電器,AMC23C12隔離式比較器,UCC12050和UCC14240-Q1隔離式直流/直流電源在內的新隔離產品系列。

        TI一直深耕隔離領域的創新。從2006年推出業內首款SiO2電容隔離器ISO721D,到發布和認證多千伏級產品,進行幾百萬小時的可靠性測試和投資開發300mm制造領域的隔離技術、高壓系統的隔離技術,再到增加數字隔離器、隔離式ADC、隔離式放大器等產品線,TI不斷以更創新、更經濟的方式應對隔離挑戰。TI預測,隔離是從現在起的10年內整個行業將出現的五大趨勢之一,五大趨勢包括隔離、低EMI、功率密度、低靜態電流、低噪聲和高精度。

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        Troy Coleman進一步介紹說:“TI的競爭優勢,一是制造流程和技術優勢,包括降低成本和增強對供應鏈的控制。我們投資實現了內部制造,這是因為我們認為上述優勢具有重要戰略意義。二是我們具有品類豐富的產品系列,這讓我們能夠接觸更多客戶,因為客戶在設計系統時,很可能會訪問 TI.com,這樣我們就有機會向設計應用的每個客戶銷售更多芯片?!?

        符合汽車級標準的隔離驅動器和開關——TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q1

        機電繼電器(EMR)具有容易磨損、具有溫度依賴性、體積大且價格不菲等缺點,所以TI開發出固態繼電器取代機電繼電器,這也是其助力推動電源發展趨勢和安全可靠地生產更多電動汽車的技術之一。此次推出的面向汽車應用的TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q1就是完全集成電源和信號隔離功能的固態繼電器。利用TI的獨特方法,可以使器件在一個芯片上穿過單一隔離柵傳輸功率和信號,在幾微秒內通過單個隔離柵連接或斷開負載(同類解決方案和分立式實現則需要數毫秒),有助于在工業和汽車系統中實現多千伏級隔離。

        如果電源設計師想要在電動汽車(EV)電池管理系統等隔離高壓環境中實現更高的可靠性,那么通常需要增加組件,但這樣會導致車輛的尺寸、重量和成本增加。新器件不僅將電源和信號傳輸集成到了單一芯片,還提供額外的功能和靈活性,使設計人員能從設計中至少省去三個元件。與現今市場中的機電繼電器和固態光繼電器解決方案相比,該解決方案的尺寸至多可減少90%,成本最多可減少50%。這也能夠進一步降低整個系統的成本,因而非常受上游廠家的歡迎。

        與長期使用易出故障的機電繼電器解決方案相比,具有集成式10V柵極電源的汽車類增強型隔離式開關驅動器TPSI3050-Q1的工作壽命可增加10倍,提供的增強型隔離高達5 kV RMS。而1400V、50mA隔離式開關TPSI2140-Q1可以提供高達3.75kV的基礎型隔離,有助于更快地檢測高壓電池管理系統的故障并提升安全性,與光繼電器相比具有更高的可靠性。目前,預量產的TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q1已在TI.com/SSR上發售,且僅面向電動汽車領域,此后將提供適用于工業特定系統的其他解決方案。

        業內首款增強型隔離式比較器AMC23C12

        對于大功率工業系統,例如電機驅動器和光伏逆變器,以及電動汽車充電器、牽引逆變器、車載充電器和直流/直流轉換器等汽車系統,故障檢測機制必不可少。故障檢測通過電流、電壓和溫度測量來診斷系統內的任何交流電力線波動、機械或電氣過載。在提高系統彈性和采用開關更快的晶體管(例如SiC和GaN)的要求下,人們對準確快速的故障檢測的需求也越來越迫切。為解決此問題,TI推出增強型隔離式比較器AMC23C12。

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        AMC23C12是業內超小型的解決方案,可實現隔離式雙向過流、過壓和過熱檢測,有助于快速檢測各種故障事件,幫助設計人員開發具有更高容錯能力的高壓系統。該器件還結合了標準比較器功能與穩健的電隔離柵,可縮小整個系統尺寸并降低成本。

        與分立式方案相比,集成一個寬輸入范圍低壓降穩壓器、一個窗口比較器和一個精密電壓基準的解決方案將使尺寸縮小50%以上,并有效地提供兼具標準比較器和數字隔離器的解決方案,支持工程師實現更具成本效益且更加小巧的解決方案尺寸。

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        此外,該器件具有小于400 ns的響應速度,能夠提供超快過流和過壓檢測,高效保護電源轉換系統中的SiC和GaN晶體管。并且可以通過單個外部電阻器實現可調跳變閾值,促進不同設計重復使用。即使在最惡劣的情況下誤差精度也可以低于3%,有助于工程師減少設計裕度,支持更小尺寸的無源器件。目前,AMC23C12也處于預量產階段,并在TI.com上開放訂購。

        隔離式直流轉換器UCC12050和UCC14240-Q1

        隨著全世界的汽車和工業系統變得越來越小,其中的各種組件也必須縮減尺寸和間距,這也造成了更多隔離設計挑戰。TI于2020年首次開發出突破性的系統專有的集成變壓器技術,不僅縮小了隔離式電源傳輸,使其可納入IC尺寸的封裝中,還可以實現高密度隔離式直流/直流電源轉換,同時可保持低EMI和高可靠性。

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        隔離式直流/直流轉換器UCC12050是首款使用TI的集成變壓器技術開發的器件,適用于工業運輸、電網基礎設施和醫療設備??蓭椭こ處熖岣吖β拭芏?,使現有解決方案體積最多減少80%。此外,UCC12050的效率為50%,是TI同尺寸同類器件的兩倍,并且功率密度是同類隔離電源模塊的兩倍。它采用新型架構,功率約0.5W,并且可靠性更高、BOM更小,并簡化了電路板布局布線。

        而此次全新發布的1.5W、24V VIN 高效隔離式直流/直流偏置電源模塊UCC14240-Q1,也利用了TI專有集成變壓器技術。UCC14240-Q1結合使用3.5pF的初級到次級電容,可降低高速開關產生的EMI,并輕松實現超過150V/ns的共模瞬態抗擾度(CMTI)性能,并且采用集成閉環控制,在-40°C至150°C內可實現±1.0%的精度。完全集成了故障監控、過流保護、過功率保護和過熱保護。電源設計工程師可通過多種方式使用 UCC12050 和 UCC14240-Q1,應用范圍包括車載充電器、直流/直流轉換器等應用,以及電機驅動器、電網并網逆變器等工業應用。目前在TI.com上已開放訂購。

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        無論是電動汽車、個人電子產品,還是太陽能等常見的應用系統,TI都在努力開發適用于其的新隔離產品,希望能以更加可靠、更具成本效益、更小尺寸的解決方案和更加緊湊的功能解決歷史問題,賦能行業新發展。

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