環(huán)球動態(tài):在柵極驅(qū)動器 IC 方面取得的進步讓開關電源實現(xiàn)新的功率密度水平
經(jīng)久耐用的電氣隔離技術以及柵極驅(qū)動器 IC 輸出級和封裝的多項創(chuàng)新
【資料圖】
作者:英飛凌科技股份有限公司市場總監(jiān) Hubert Baierl
簡介
像許多電子領域一樣,進步持續(xù)發(fā)生。目前,在 3.3 kW 開關電源 (SMPS) 中,產(chǎn)品效率高達 98%,1U結構尺寸,其功率密度可達 100 W/in3。這之所以可以實現(xiàn)是因為我們在 圖騰柱 PFC 級 中明智地選擇了超結 (SJ) 功率 MOSFET(例如 CoolMOS),碳化硅 (SiC) MOSFET(例如 CoolSiC),而且還采用了氮化鎵 (GaN) 功率開關(例如 CoolGaN)用于400V LLC 應用。PFC 和 LLC 數(shù)字控制器是必不可少,正如采用平面磁性器件和先進的柵極驅(qū)動器 IC(如 EiceDRIVER)在實現(xiàn)高性能方面發(fā)揮著重要作用。
主要市場趨勢
經(jīng)久耐用的電氣隔離
在系統(tǒng)的兩個(或多個)部分之間必須進行接地環(huán)路隔離時,就要采用電氣隔離。采用電氣隔離的主要原因有:
1. 避免接地偏移(由電源開關的正常操作導致)影響系統(tǒng)的正常運行。
2. 防止浪涌或脈沖損害系統(tǒng)的完整性。
3. 保護人們免受有害電擊。
目前,德國 VDE 規(guī)范 DIN VDE V 0884-11:2017-01 (“VDE 0884-11”) 是電氣隔離柵極驅(qū)動器 IC 器件級標準的“黃金標準”。
VDE 0884-11 是任何電氣隔離半導體產(chǎn)品(即,不管是光學隔離、磁性隔離還是電容隔離)的第一個行業(yè)標準,不僅考慮了零時(即制造商測試產(chǎn)品時)的隔離柵特性。VDE 0884-11 還要求產(chǎn)品使用壽命為 20 年。為此,柵極驅(qū)動器 IC 要接受與時間相關的電介質(zhì)擊穿(TDDB)壽命測試 tBD(擊穿時間),該測試的上限為 37.5 年(見表 1)。
而眾所周知的器件級隔離標準中(如 UL 1577、IEC 60747-5-5 或同時到期的 VDE 0884-10)沒有產(chǎn)品使用壽命的要求。
由于 VDE 0884-11 是德國標準,因此該標準已與在很大程度上類似的國際 IEC 60747-17 標準合并,IEC 60747-17 標準于 2020 年 9 月 20 日發(fā)布。
VDE 0884-11 標準中含有一個不容忽視且非常重要的聲明:
“只有在安全等級范圍內(nèi)才能保證安全的電氣隔離。應通過適當?shù)谋Wo電路確保符合安全等級?!?/p>
在人們需要防止觸電時,這句話尤為重要。
表 1.器件級隔離標準概述