驱动功率管驱动芯片通常有三种技术隔离技术:光隔离、磁隔离和容隔离。今天讲下它们的工作原理和应用区别。
1.光隔离
光隔离技术是指利用透明绝缘介质上的光信号传输实现电气隔离,从而有效阻断输入侧与输出侧之间的直接电气连接。隔离材料通常为空气(介电强度为1 Vrms/μm)或环氧树脂(介电强度为20 Vrms/μm)。
光耦合器通常由发光器件、光接收器件和信号放大电路三部分组成。其工作原理为:输入电信号驱动发光二极管(LED)发出特定波长的光信号,光信号经绝缘介质传输后被光探测器接收并转换为光电流,再经过后级放大电路处理后输出相应电信号,从而完成电信号与光信号之间的转换,并实现输入端与输出端的电气隔离。其电路结构如图二所示。
2.磁隔离
磁隔离利技术是指用电磁感应原理实现信号传输与电气隔离。隔离材料通常为聚酰亚胺(介电强度为300 Vrms/μm)。
一个完整的磁隔离通道通常由输入缓冲器、编码器、隔离变压器、解码器和输出缓冲器组成。当原边线圈中的电流发生变化时,会产生交变磁场,并在副边线圈中感应出相应电流,从而实现隔离两侧的信息传递。
相较于光耦隔离,磁隔离无需持续驱动发光器件,因此功耗可降低10倍至100倍。同时,变压器隔离具有传输速度快、抗干扰能力强等优点,但器件体积相对较大。其电路示意图如图三所示。
3.容隔离
容隔离技术是指利用隔离电容实现信号跨越绝缘层传输,从而完成输入端与输出端之间的电气隔离。隔离材料通常为二氧化硅(介电强度为500 Vrms/μm)。
容隔驱动器通常由输入缓冲器、编码器、隔离电容、解码器和输出缓冲器组成。当输入信号发生变化时,编码电路将其转换为高频脉冲信号,经隔离电容耦合至输出侧,再通过解码和放大电路恢复原始信号。其电路示意图如图四所示。
4.三种隔离技术对比和适用场景如图五,图六
因此需要适用场景选择合适隔离驱动IC,例如电机控制中用的IGBT,其dv/dt通常在5~15KV/us之间,因此光隔离驱动IC满足使用了。在OBC、DC/DC储能等应用中,需要使用高SiC MOS,其dv/dt通常在40~90KV/us之间,那么需要选择容隔的驱动IC。