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