作者：劉洪

日前，德州儀器（TI）推出了一款業內較快的5.7k V_RMS隔離式雙通道柵極驅動器UCC21520，它是TI隔離產品組合中新型柵極驅動器家族的第一款產品。在公司的“隔離式驅動器媒體說明會”上，德州儀器亞太區模擬產品汽車方案業務拓展總監吳渭強介紹了UCC21520的先進性能和優勢，回答了記者提出的問題。

處處需要隔離

吳渭強表示，工廠自動化、樓宇自動化、消費電子產品、電機驅動與控制、智能電網和醫療設備都需要隔離，它是在高壓和低壓電路之間傳輸數據和電源的一種方式，以防止危險的直流電流或不受控制的瞬態電流在兩個電路間流動。隔離可保護設備或人員不受高壓浪涌的破壞和傷害；允許電路中高能或遠距離的較大的接地電位差和破壞性接地回路；與服務器、醫療設備與混合電動汽車/電動汽車電源、電機驅動逆變器和太陽能轉換系統等高壓高性能解決方案中的高端元件進行可靠的通信。

以云服務器為例，服務器需要電來存儲和為客戶檢索信息。供電單元的功率范圍在幾百至幾千瓦之間。服務器獨立于電網運行，其交流電壓范圍為幾百至幾千伏，因此被認定為高壓單元。因為供電單元的高壓和高電量，因此確保人員安全是不容忽視的。任何故障和從高壓單元的向HMI的漏電都會對人員造成致命傷害，還會損壞所有電壓元件。保護人員和低壓單元不受此類故障的影響就是隔離。半導體集成電路隔離設備使數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電流。

但是，人們需要更多的信息。從在機場或餐廳等擁擠的地方觀看視頻到聽較喜歡的音樂，人們對信息的需求只增不減。不僅如此，人們還希望能即時獲取信息。隨著數據需求的不斷增長，云變得越來越大，因此電力輸送系統的電量供應需求也與日俱增。但是云的存儲容量是有限的。而擴大容量非常昂貴且非常不經濟。

有兩種方案可以同時解決安全要求和增長的信息需求：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，提高電源傳輸速率，這樣可以使電源單元尺寸更小。為了提供魯棒隔離，可以確保隔離器是系統的組成部分，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，可以節省電源主板空間。這就是隔離式柵極驅動器。

為了滿足新興需求

那么，德州儀器為什么現在推出產品呢？吳渭強說是為了滿足工業自動化與控制行業向下一代升級，以及電機驅動和能源存儲/運輸系統中能源效率的階梯函數增長的需求，拓展TI的隔離生態系統。

據介紹，2016年6月德州儀器發布了業內性能較高的加強隔離式放大器AMC1301，而現在推出的新型增強隔離式雙通道驅動器UCC21520是行業內較快的高壓應用隔離式柵極驅動器，具有高速傳播延遲、強力驅動、普適兼容性等特點。在推出UCC21520之后，德州儀器持續以可靠高效的隔離式解決方案擴大了其隔離式產品組合，滿足設計簡單的下一代系統所要求的高壓、可靠、防干擾和高性能等特性。

他說，因其高度的靈活性和通用兼容性，UCC21520隔離式驅動器能夠廣泛地用于低端、高端、高端/低端或半橋電源管理設計。UCC21520的市場與應用是高功率、高壓轉換中涉及的高頻、開關電源應用，包括汽車、企業能源與通信、太陽能、逆變器、電機驅動及其他工業應用。

獨具優勢的隔離式驅動器

談到UCC21520隔離式驅動器，吳渭強介紹說，UCC21520的集成元件、先進防護功能和優化的開關性能，能幫助設計師為企業、電信、汽車和工業應用創建更小、更可靠的設計。UCC21520為對系統防護和可靠性有高要求的高壓應用而開發，可提供5.7kVrms的增強隔離，其浪涌抗擾度經測試高達12.8 kV，普通模式的瞬態過壓抗擾度在100 V/ns以上。它擁有業內較快的19ns傳播延遲，以及業內較緊密的低于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。他強調，上述特點能使客戶的產品更快地進入市場。

UCC21520的獨特之處在哪里呢？吳渭強說，在現有解決方案的基礎上，設計師們必須為合適的應用選擇合適的元件。UCC21520是能夠用于多種應用的單個器件。UCC21520的優勢在于，功率密度更高，讓解決方案尺寸更小。其4A源電流與6A反向電流使得對于高頻開關電源應用1.8nF負載的上升時間為6ns，下降時間為7ns，降低了開關損耗；在隔離可靠性方面，UCC21520頂級的12.8kV浪涌防護、100V/ns以上的抗噪聲性能以及集成死區時間控制是高安全性應用的理想選擇；其通用靈活性體現在3至18V寬范圍輸入電壓、可編程死區時間控制、雙通道與并聯輸出，使UCC21520成為能夠用于多種應用的單個器件；低功耗在于待機功率低至1mA，有助于提高能源效率，延長設備使用壽命。

為了幫助工程師進行系統設計，加快進入市場時間，德州儀器提供TI Designs參考設計庫，包括電路或模塊圖、BOM、設計文檔和測試報告。它涵蓋TI的模擬、嵌入式處理器和連接產品組合，支持工業、汽車、消費電子產品等廣泛應用。針對UCC21520，德州儀器提供具有電流、電壓和溫度保護功能的增強隔離式三相逆變器參考設計TIDA-00366，其額定功率高達10kW，為使用增強隔離式雙通道柵極驅動器UCC21520、增強隔離式放大器AMC1301與TMS320F28027的三相逆變器提供了參考解決方案。

吳渭強較后表示，為了實現完整的電源管理設計，使系統性能較大化，工程師可以將TI的控制器與UCC21520隔離式柵極驅動器配合使用，以優化系統性能。模擬控制器包括用于相移全橋設計的UCC28950、用于諧振模式電源的UCC25600以及用于功率因數校正（PFC）的UCC28070。TI數字電源控制器包括UCD3138與C2000™ 32位微控制器。

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