簡介
Broadcom 的 ACNT 光電耦合器系列產(chǎn)品為高壓隔離應用提供 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）、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)動負載（電機），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）
高壓趨勢及要求
在可再生能源（太陽能或風能）、牽引和醫(yī)療保健系統(tǒng)的細分市場中，對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。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。這項升級可提高能效，降低成本。
促成這兩項優(yōu)勢的原因之一在于，每個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減少。直流輸入電壓較高也會降低線路（銅）功率損耗。總體上，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，功率密度較高、設備更少也降低了人工維護成本。電氣安全及各種組件認證標準是 1500 V 系統(tǒng)面臨的一大挑戰(zhàn)?？刂颇K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）
對于可再生能源領域的風能解決方案，由于作為國家級配電網(wǎng)更新計劃的一部分，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。在另一個電網(wǎng)子領域中，作為采用智能電網(wǎng)的一部分，低壓或中壓配電線路的計量日趨先進。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的安全和高壓隔離，三相線路（>400 VAC 計量）需要更大的爬電距離。在智能電網(wǎng)中，安全性也相當重要。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 - 風能解決方案的變頻器。（圖片來源：Broadcom Limited）
另一個高壓應用實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數(shù)字光耦，電壓電平控制隔離采用兩個電壓檢測隔離放大器，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)療標準 IEC 60601-1-2 針對接觸放電和空氣放電規(guī)定了較高的 ESD 等級。該 ESD 抗擾度測試的適用類型，從患者與設備直接接觸的檢測電路（例如血壓、ECG）到患者監(jiān)護設備的控制板。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)管標準修訂
隨著 UL 和 IEC 標準的協(xié)調(diào)一致，對爬電距離和電氣間隙的更嚴格要求應運而生。從 2016 年起，UL 508C 標準（功率轉(zhuǎn)換設備）過渡到 IEC 61800-5-1 標準（可調(diào)速電力驅(qū)動系統(tǒng)）。新的驅(qū)動器型號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，對于 690 VAC 額定值的強化絕緣，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 抗擾度測試中，由于隔離式安全柵的保護，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。在患者監(jiān)護應用中，ESD 抗擾度測試的適用類型，從患者與設備直接接觸的檢測電路（例如血壓、ECG）到患者監(jiān)護設備的控制板。如今，越來越多的醫(yī)療設備在醫(yī)院外使用，為了解決電磁干擾 (EMI) 威脅，最新的第四版醫(yī)療電氣設備標準 IEC 60601-1-2 提高了醫(yī)療設備 ESD 抗擾度測試的放電水平（圖 5）。針對患者監(jiān)護設備，ACNT-H61L 的優(yōu)勢在于額定瞬態(tài)過電壓高達 12,000 VPEAK、爬電距離和電氣間隙達 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 組件安全標準，Broadcom 的 ACNT 光電耦合器可通過 25 kV 以上等級。通過標準是局部放電小于 5 pC 時，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 在非空氣條件下進行測試，以消除高壓浪涌所產(chǎn)生的電弧（參考 TUV 測試結(jié)果報告）。
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)動光耦，采用 15 mm SSO-8 封裝，專為空間受限的高壓工業(yè)應用設計，例如 690 VAC 電機驅(qū)動器和 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)境應用中可防止柵極驅(qū)動器故障誤報。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)動效率。
ACNT-H61L 是一款 10 MBd 低功耗數(shù)字光耦，LED 最小驅(qū)動電流只需 4.5 mA，在工作溫度范圍內(nèi)，檢測器 IC 的最大 IDD 為 2 mA。檢測器 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連接，減小了基極-集電極電容，大大提高了速度，可達到傳統(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，均是專為電壓檢測設計的光電隔離放大器。輸入范圍 2 V，輸入阻抗高達 1 GΩ，滿足電子功率轉(zhuǎn)換器應用對隔離電壓檢測的要求。在典型電壓檢測應用中，使用電阻分壓器來縮放直流鏈路電壓，以適應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)換器應用的電流和電壓檢測而設計。在高噪聲電機控制環(huán)境中，這些光電耦合器可提供精確監(jiān)控電機電流所需的精度和穩(wěn)定性，為各類電機控制提供較平穩(wěn)的控制（減少“轉(zhuǎn)矩波動”）。結(jié)合卓越的光電耦合技術，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撲結(jié)構，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。
