經(jīng)久耐用的電氣隔離技術(shù)以及柵極驅(qū)動(dòng)器 IC 輸出級(jí)和封裝的多項(xiàng)創(chuàng)新

作者：英飛凌科技股份有限公司市場(chǎng)總監(jiān) Hubert Baierl

簡介

(資料圖)

像許多電子領(lǐng)域一樣，進(jìn)步持續(xù)發(fā)生。目前，在 3.3 kW 開關(guān)電源 (SMPS) 中，產(chǎn)品效率高達(dá) 98%，1U結(jié)構(gòu)尺寸，其功率密度可達(dá) 100 W/in3。這之所以可以實(shí)現(xiàn)是因?yàn)槲覀冊(cè)?圖騰柱 PFC 級(jí) 中明智地選擇了超結(jié) (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(guān)（例如 CoolGaN）用于400V LLC 應(yīng)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(jìn)的柵極驅(qū)動(dòng)器 IC（如 EiceDRIVER）在實(shí)現(xiàn)高性能方面發(fā)揮著重要作用。

主要市場(chǎng)趨勢(shì)

經(jīng)久耐用的電氣隔離

在系統(tǒng)的兩個(gè)（或多個(gè)）部分之間必須進(jìn)行接地環(huán)路隔離時(shí)，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(guān)的正常操作導(dǎo)致）影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2. 防止浪涌或脈沖損害系統(tǒng)的完整性。

3. 保護(hù)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(dòng)器 IC 器件級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”。

VDE 0884-11 是任何電氣隔離半導(dǎo)體產(chǎn)品（即，不管是光學(xué)隔離、磁性隔離還是電容隔離）的第一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不僅考慮了零時(shí)（即制造商測(cè)試產(chǎn)品時(shí)）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(dòng)器 IC 要接受與時(shí)間相關(guān)的電介質(zhì)擊穿（TDDB）壽命測(cè)試 tBD（擊穿時(shí)間），該測(cè)試的上限為 37.5 年（見表 1）。

而眾所周知的器件級(jí)隔離標(biāo)準(zhǔn)中（如 UL 1577、IEC 60747-5-5 或同時(shí)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(biāo)準(zhǔn)，因此該標(biāo)準(zhǔn)已與在很大程度上類似的國際 IEC 60747-17 標(biāo)準(zhǔn)合并，IEC 60747-17 標(biāo)準(zhǔn)于 2020 年 9 月 20 日發(fā)布。

VDE 0884-11 標(biāo)準(zhǔn)中含有一個(gè)不容忽視且非常重要的聲明：

“只有在安全等級(jí)范圍內(nèi)才能保證安全的電氣隔離。應(yīng)通過適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)電路確保符合安全等級(jí)。”

在人們需要防止觸電時(shí)，這句話尤為重要。

表 1.器件級(jí)隔離標(biāo)準(zhǔn)概述