隔離材料和可靠性

　　數(shù)字隔離器采用晶圓CMOS工藝制造，僅限于常用的晶圓材料。非標(biāo)準(zhǔn)材料會使生產(chǎn)復(fù)雜化，導(dǎo)致可制造性變差且成本提高。常用的絕緣材料包括聚合物(如聚酰亞胺PI，它可以旋涂成薄膜)和二氧化硅(SiO2)。二者均具有眾所周知的絕緣特性，并且已經(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝中使用多年。聚合物是許多光耦合器的基礎(chǔ)，作為高壓絕緣體具有悠久的歷史。

　　安全標(biāo)準(zhǔn)通常規(guī)定1分鐘耐壓額定值(典型值2.5 kV rms至5 kV rms)和工作電壓(典型值125 V rms至400 V rms)。某些標(biāo)準(zhǔn)也會規(guī)定更短的持續(xù)時(shí)間、電壓浪涌(如10 kV峰值并持續(xù)50 μs)作為增強(qiáng)絕緣認(rèn)證的一部分要求。聚合物/聚酰亞胺隔離器可提供好的隔離特性(見表1)。聚酰亞胺數(shù)字隔離器與光耦合器類似，在典型工作電壓下，工作壽命超過電機(jī)，額定使用壽命為50年。SiO2隔離器的工作壽命與之接近，但是，對高能浪涌的保護(hù)能力卻較弱。

　　在高溫連續(xù)使用的情況下，影響光耦合器壽命的可能不是隔離材料的分解而是LED磨損。當(dāng)溫度>85°C時(shí)，工作1萬小時(shí)，光耦合器的電流傳輸比(CTR)將下降10%至20%。10萬小時(shí)時(shí)，CTR可能會下降一半或以上。

　　集成可能性

　　光耦合器LED和優(yōu)化的光檢波器不兼容低成本CMOS技術(shù)。要集成帶去飽和檢測功能的柵極驅(qū)動(dòng)、用Σ-Δ ADC實(shí)現(xiàn)隔離電流檢測以及多向數(shù)據(jù)流等其他功能，就必須采用多芯片解決方案，結(jié)果將使帶這些功能的光耦合器變得非常昂貴。采用CMOS技術(shù)和隔離式變壓器的數(shù)字隔離器可以隨著集成度的提高而自然而然地添加這些功能。由于變壓器也可用來發(fā)射隔離功率，因此，可從相同的封裝發(fā)射功率，而無需會給某些應(yīng)用帶來問題的自舉。目前，市場上有基于變壓器貼片電感的數(shù)字隔離器，在單個(gè)封裝中集成了dc/dc轉(zhuǎn)換器、Σ-Δ ADC、柵極驅(qū)動(dòng)器、I2C、RS-485收發(fā)器、RS-232收發(fā)器和CAN收發(fā)器，使電機(jī)控制系統(tǒng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了尺寸和成本的優(yōu)化。

　　實(shí)用的應(yīng)用電路

　　展示了柵極驅(qū)動(dòng)、通信和反饋信號隔離的典型驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。在該系統(tǒng)中，隔離的Σ-Δ ADC用來測量電機(jī)繞組電流，數(shù)字位流則由電機(jī)控制IC上的數(shù)字過濾電路進(jìn)行處理。位置編碼器包含一個(gè)ASIC，由其通過一個(gè)隔離式RS-485接口將位置和速度數(shù)據(jù)發(fā)送給電機(jī)控制IC。其他隔離式串行接口包括連接PFC的I2C接口以及連接前面板的隔離式RS-232鏈路。在此例中，PWM信號與逆變器模塊隔離，IGBT由一個(gè)嵌入該模塊中的電平轉(zhuǎn)換柵極驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。