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數(shù)據的快速增長使數(shù)據中心面臨巨大的壓力，我們在享受云端服務帶來的各種便捷時，也不得不面對它的發(fā)展困境。不管是在工業(yè)領域，還是消費領域，高壓單元和低壓單元在一個系統(tǒng)中共存不可避免，當操作人員在兩者之間進行交互時難免會出現(xiàn)故障，而任何故障和從高壓單元向低壓單元漏電都會對人員造成致命傷害，還會損壞所有電壓元件。這時候我們就要考慮采取措施保護操作人員和低壓單元不受影響。
怎樣實現(xiàn)這種保護？最佳方式自然是隔離。德州儀器亞太區(qū)模擬產品汽車方案業(yè)務拓展總監(jiān)吳渭強解釋，“半導體集成電路隔離設備使數(shù)據和電力在高壓和低壓單元之間順利傳輸，同時防止雷擊等危險性直流或來自電網的不受控制的瞬態(tài)電流。”
德州儀器亞太區(qū)模擬產品汽車方案業(yè)務拓展總監(jiān)吳渭強
未來數(shù)據不斷增加，云端存儲壓力越來越大。為了同時滿足安全要求和增長的信息需求有人提出兩種解決辦法：增加功率密度和提供魯棒隔離。為了增加功率密度，需要大幅提高電源效率，以及電源傳輸速率，這樣可以使電源單元尺寸更小。為了提供魯棒隔離，需要確保隔離器是系統(tǒng)的組成部分，通過將高速柵極驅動器等關鍵電源元件與隔離器集成在一起，可以節(jié)省電源主板空間，這就是隔離式柵極驅動器。
目前，工業(yè)自動化與控制行業(yè)向下一代升級，電機驅動和能源存儲 / 運輸系統(tǒng)中能源效率的階梯函數(shù)增長需求提高，為了滿足這些隔離需求，TI 推出了隔離式雙通道柵極驅動器 UCC21520。吳渭強介紹，“? UCC21520 為對系統(tǒng)防護和可靠性有高要求的高壓應用而開發(fā)，可提供 5.7 k VRMS 的增強隔離，其浪涌抗擾度經測試高達 12.8 kV，普通模式的瞬態(tài)過壓抗擾度在 100 V/ns 以上。它擁有業(yè)內最快的 19ns 傳播延遲，以及業(yè)內最緊密的低于 5ns 的通道至通道延遲匹配，UCC21520 可提供高功率密度和高效率，使解決方案尺寸更小，在終端設備使用壽命內運行更可靠?！?/p>
高度兼容，自由組合
工程師在做設計的時候往往需要進行多次驗證，而 UCC21520 的兼容性恰好可以幫他們簡化設計流程。吳渭強指出，“UCC21520 內部有兩組驅動器，可以給客戶彈性自由的組合。它可以把兩組驅動器變成低端的驅動器，或者改成兩組高端，或者一組高端一組低端，最后還可以把它改成半橋的方案。這種彈性可以提升用戶的使用體驗，工程師不需要驗證很多不同的器件，用一個 IC 的不同的組合就可以用在不同的應用上，如 PFC 控制或者馬達控制。”
功率密度更高，尺寸更小
UCC21520 能提供最大到 4A 的源電流和 6A 反向電流。其電源是開關電源，有兩個參數(shù)，第一個是開，第二個是關。首先考慮快速開啟，需要高速地把一個很大的電流輸出到功率管里，讓功率管打開，開完之后要關的時候，需要 6A 的反向電流把功率管關掉。
為什么開的時候需要源電流，關的時候需要反向電流呢？吳渭強解釋，“我們針對的功率管絕大部分是 MOS 管、IGBT 和碳化硅。這幾種驅動元件本身都是以 MOS 管的輸入為主，把 MOS 管的輸出端看成是一個電容到地電平，還有另外一個電容從柵極到輸出極。開的時候需要先把電容充電，需要很大電流沖過去，讓它的電容在最短的時間內充滿。當要關的時候，需要更大的電流量把電流從功率管中攝取回來，這就是攝取電流?！?/p>
為什么源電流是 4A，拉回來的電流是 6A？吳渭強表示，“這是因為拉得更快，關得更快。當功率管開關的時候，如果速度比較慢，上升的斜率就會低，斜率低就代表功耗大。如果功率管的開 / 關時間縮短，代表著功耗降低，低功耗可以減小本身的散熱系統(tǒng)。UCC21520 的 4A 源電流與 6A 灌電流使得高頻開關電源應用 1.8nF 負載上升時間和下降時間加快為 6ns 和 7ns，從而降低開關損耗。它可以同時搭配 MOS 管、IGBT 和碳化硅方案。”
浪涌防護高達 12.8 kV，防護能力更強
在應用中有時會出現(xiàn)電源外圍有很多干擾，假如有一個干擾剛好在輸入輸出端兩個隔離層之間發(fā)生，抗干擾能力差就會影響到信號的傳輸，或者影響到開關里的應用。吳渭強解釋，“除了 UCC21520 的浪涌防護經測試高達 12.8 kV 之外，我們還可以達到 100V/ns 的抗噪聲能力，這是業(yè)界最高的指標，允許客戶在非常高的干擾情況下安全運作?！?/p>
UCC21520 結構圖
在半橋式組合中，兩個通道同時開關可能會把電源短路到地電平。吳渭強分析，“為了避免這個問題，UCC21520 里整合了死區(qū)時間功能。當你在半橋應用的時候，這個死區(qū)的時間可以通過一個外圍的電阻設定，保證兩個開關不會同時開。因為同時開，大的話會變成短路，小的話變成功耗。這也可以確?？蛻粼趹玫臅r候，既提升可靠性又進一步降低功耗。”
“同時，UCC21520 擁有 3V 至 18V 寬范的輸入電壓范圍、可編程死區(qū)時間控制以及雙通道和并行輸出，能為設計師提供適用于多種應用的單個靈活元件。另外，其的待機電流低至每個通道 1mA，可提高用電效率?！?吳渭強補充。
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