Broadcom 的 15 mm 寬 ACNT 光電耦合器高壓應(yīng)用

Broadcom的ACNT 光電耦合器系列產(chǎn)品為高壓隔離應(yīng)用提供 15 mm 爬電距離和 14.2 mm 電氣間隙。這些光電耦合器采用緊湊型拉伸式表面貼裝 SO-8 封裝，提供 2,262 VPEAK工作絕緣電壓和 12,000 VPEAK瞬態(tài)過電壓。ACNT 光電耦合器產(chǎn)品類型全面，以滿足不同的電氣隔離要求和功能。其中包括：ACNT-H343 柵極驅(qū)動(dòng)光耦、ACNT-H61L低功耗 10 MBd 數(shù)字光耦、ACNT-H790/H79A/H79B高線性度隔離放大器（用于電流檢測(cè)）、ACNT-H870/H87A/H87B電壓傳感器和ACNT-H50L/H511低速模擬量光耦。圖 1 所示為三相逆變器將直流轉(zhuǎn)換為交流并驅(qū)動(dòng)負(fù)載（電機(jī)），突出顯示了各種 ACNT 光電耦合器產(chǎn)品類型的不同隔離位置和用途。ACNT 光電耦合器可靠且易于使用。

圖 1：ACNT 光電耦合器可滿足逆變器的各種隔離需求。（圖片來源：Broadcom Limited）

高壓趨勢(shì)及要求

在可再生能源（太陽能或風(fēng)能）、牽引和醫(yī)療保健系統(tǒng)的細(xì)分市場(chǎng)中，對(duì)較高直流總線電壓或高瞬態(tài)電壓抗擾度的要求已發(fā)展為一種趨勢(shì)。新型太陽能/光伏 (PV) 系統(tǒng)已經(jīng)采用 1500 VDC，取代此前的 1000 VDC。這項(xiàng)升級(jí)可提高能效，降低成本。發(fā)燒友公眾號(hào)回復(fù)資料可以免費(fèi)獲取電子資料一份記得留郵箱地址。

促成這兩項(xiàng)優(yōu)勢(shì)的原因之一在于，每個(gè)串列可包含更多光伏塊（光伏串列更長）。而匯流箱將輸入功率匯集成總輸入。光伏串列更長、數(shù)量更少，所需的匯流箱就相應(yīng)減少。直流輸入電壓較高也會(huì)降低線路（銅）功率損耗?？傮w上，與 1000 V 或較低的直流電壓系統(tǒng)相比，1500 V 系統(tǒng)中光伏串列與逆變器之間的連接較少。同時(shí)，功率密度較高、設(shè)備更少也降低了人工維護(hù)成本。電氣安全及各種組件認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)是 1500 V 系統(tǒng)面臨的一大挑戰(zhàn)。控制模塊與電源產(chǎn)品之間的隔離必須能夠承受高壓（穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)），并符合相關(guān)的爬電距離要求（圖 2）。Broadcom 的 15 mm 寬 ACNT 光電耦合器就能滿足這些要求。

圖 2：1500 V 光伏發(fā)電系統(tǒng)。（圖片來源：Broadcom Limited）

對(duì)于可再生能源領(lǐng)域的風(fēng)能解決方案，由于作為國家級(jí)配電網(wǎng)更新計(jì)劃的一部分，用可再生資源取代核電廠，ACNT 光電耦合器在歐洲國家深受青睞。

圖 3 顯示了使用 15 mm 寬 ACNT-H61L 10 MBd 低功耗光耦的變頻器隔離。這些組件隔離了低壓控制與高壓 IGBT 之間的控制和故障反饋信號(hào)。在另一個(gè)電網(wǎng)子領(lǐng)域中，作為采用智能電網(wǎng)的一部分，低壓或中壓配電線路的計(jì)量日趨先進(jìn)。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的安全和高壓隔離，三相線路（>400 VAC計(jì)量）需要更大的爬電距離。在智能電網(wǎng)中，安全性也相當(dāng)重要。低速模擬量光耦 ACNT-H50L 的長期可靠性有助于確保隔離式數(shù)據(jù)通信。

圖 3：可再生能源 - 風(fēng)能解決方案的變頻器。（圖片來源：Broadcom Limited）

另一個(gè)高壓應(yīng)用實(shí)例是輕軌或單軌系統(tǒng)的牽引力控制。在這些系統(tǒng)中，ACNT 光電耦合器用于 1500 V 的 DC-DC 轉(zhuǎn)換。圖 4 顯示了具有 1500 VDC總線電壓的單軌系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)換器。高-低壓控制接口隔離采用四個(gè)數(shù)字光耦，電壓電平控制隔離采用兩個(gè)電壓檢測(cè)隔離放大器，I/O 通信隔離采用低速模擬量光耦，為高噪聲環(huán)境提供可靠而穩(wěn)健的高壓隔離解決方案。

圖 4：牽引應(yīng)用中的功率轉(zhuǎn)換器。（圖片來源：Broadcom Limited）

在醫(yī)療系統(tǒng)中，第 4版醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn) IEC 60601-1-2 針對(duì)接觸放電和空氣放電規(guī)定了較高的 ESD 等級(jí)。該 ESD 抗擾度測(cè)試的適用類型，從患者與設(shè)備直接接觸的檢測(cè)電路（例如血壓、ECG）到患者監(jiān)護(hù)設(shè)備的控制板。ACNT-H61L 符合此修訂要求，瞬態(tài)過電壓為 12,000 VAC。由于爬電距離和電氣間隙較大，該器件允許更大的隔離間隙，并能最大限度地減少電弧。

監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)修訂

隨著 UL 和 IEC 標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)一致，對(duì)爬電距離和電氣間隙的更嚴(yán)格要求應(yīng)運(yùn)而生。從 2016 年起，UL 508C 標(biāo)準(zhǔn)（功率轉(zhuǎn)換設(shè)備）過渡到 IEC 61800-5-1 標(biāo)準(zhǔn)（可調(diào)速電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）。新的驅(qū)動(dòng)器型號(hào)要求較大的爬電距離和電氣間隙，以此才能保持相同的額定值規(guī)格。例如，對(duì)于 690 VAC額定值的強(qiáng)化絕緣，要求爬電距離和電氣間隙至少為 13.8 mm。

在醫(yī)療系統(tǒng) ESD 抗擾度測(cè)試中，由于隔離式安全柵的保護(hù)，需要較高的放電瞬態(tài)過電壓。在解決這一問題上，ACNT 光電耦合器頗具優(yōu)勢(shì)。在患者監(jiān)護(hù)應(yīng)用中，ESD 抗擾度測(cè)試的適用類型，從患者與設(shè)備直接接觸的檢測(cè)電路（例如血壓、ECG）到患者監(jiān)護(hù)設(shè)備的控制板。如今，越來越多的醫(yī)療設(shè)備在醫(yī)院外使用，為了解決電磁干擾 (EMI) 威脅，最新的第四版醫(yī)療電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn) IEC 60601-1-2 提高了醫(yī)療設(shè)備 ESD 抗擾度測(cè)試的放電水平（圖 5）。針對(duì)患者監(jiān)護(hù)設(shè)備，ACNT-H61L 的優(yōu)勢(shì)在于額定瞬態(tài)過電壓高達(dá) 12,000 VPEAK、爬電距離和電氣間隙達(dá) 15 mm，因而允許更大的隔離間隙，并能最大限度地減少電弧。

圖 5：ACNT-H61L 可滿足醫(yī)療系統(tǒng)的高絕緣電壓需求。（圖片來源：Broadcom Limited）

Broadcom 的 ACNT 光電耦合器

Broadcom 光電耦合器性能出色，可承受高壓浪涌（1.2 μs / 50 μs 電壓波形）。按照 IEC 60747-5-5 組件安全標(biāo)準(zhǔn)，Broadcom 的 ACNT 光電耦合器可通過 25 kV 以上等級(jí)。通過標(biāo)準(zhǔn)是局部放電小于 5 pC 時(shí)，固體絕緣不能出現(xiàn)完全擊穿或局部擊穿。如圖 6 所示，ACNT-H50L 在非空氣條件下進(jìn)行測(cè)試，以消除高壓浪涌所產(chǎn)生的電?。▍⒖?TUV 測(cè)試結(jié)果報(bào)告）。

圖 6：Broadcom 光電耦合器符合 IEC 60747-5-5 的高壓浪涌要求。（圖片來源：Broadcom Limited）

總結(jié)

ACNT-H343 是一款最新發(fā)布的 5 A 柵極驅(qū)動(dòng)光耦，采用 15 mm SSO-8 封裝，專為空間受限的高壓工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)，例如 690 VAC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和 1500 V 太陽能逆變器。ACNT-H343 的共模瞬變抗擾度 (CMTI) 超過 100 kV/μs，在嘈雜環(huán)境應(yīng)用中可防止柵極驅(qū)動(dòng)器故障誤報(bào)。該器件最大限度地減少傳播延遲，速度是上一代器件的三倍，因此可實(shí)現(xiàn)高頻切換，提高 IGBT（絕緣柵雙極晶體管）和 SiC/GaN MOSFET 的驅(qū)動(dòng)效率。

ACNT-H61L 是一款 10 MBd 低功耗數(shù)字光耦，LED 最小驅(qū)動(dòng)電流只需 4.5 mA，在工作溫度范圍內(nèi)，檢測(cè)器 IC 的最大 IDD為 2 mA。檢測(cè)器 IC 的輸出為 CMOS 輸出。內(nèi)部法拉第屏蔽板可保證共-模瞬態(tài)抗擾度達(dá)到 20 kV/μs。ACNT-H61L 適用于高壓或瞬態(tài)功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的隔離式邏輯接口通信和控制。

ACNT-H50L/H511 是一款單通道 1 MBd 光電耦合器，具有開路集電極晶體管輸出。光電二極管偏置與輸出晶體管集電極的單獨(dú)連接，減小了基極-集電極電容，大大提高了速度，可達(dá)到傳統(tǒng)光電晶體管的百倍。ACNT-H50L/H511 適用于低速模擬量、故障或功率控制反饋隔離等應(yīng)用。

ACNT-H87B（±0.5% 增益容差）、ACNT-H87A（±1% 增益容差）和 ACNT-H870（±3% 增益容差）電壓傳感器，均是專為電壓檢測(cè)設(shè)計(jì)的光電隔離放大器。輸入范圍 2 V，輸入阻抗高達(dá) 1 GΩ，滿足電子功率轉(zhuǎn)換器應(yīng)用對(duì)隔離電壓檢測(cè)的要求。在典型電壓檢測(cè)應(yīng)用中，使用電阻分壓器來縮放直流鏈路電壓，以適應(yīng)電壓傳感器的輸入范圍。光電隔離式安全柵另一側(cè)的差分輸出電壓與輸入電壓成比例。

ACNT-H79B（±0.5% 增益容差）、ACNT-H79A（±1% 增益容差）和 ACNT-H790（±3% 增益容差）隔離放大器，專為電子功率轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的電流和電壓檢測(cè)而設(shè)計(jì)。在高噪聲電機(jī)控制環(huán)境中，這些光電耦合器可提供精確監(jiān)控電機(jī)電流所需的精度和穩(wěn)定性，為各類電機(jī)控制提供較平穩(wěn)的控制（減少“轉(zhuǎn)矩波動(dòng)”）。結(jié)合卓越的光電耦合技術(shù)，ACNT-H79B/H79A/H790 采用三角積分 (∑-?) 模數(shù)轉(zhuǎn)換調(diào)制器、斬波穩(wěn)定放大器和全差分電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可提供性能卓群的隔離模式噪聲抑制、低偏移、高增益精度和穩(wěn)定性。