使用高 CMTI 的隔离器可以做什么？

在讨论了使用隔离器来防止高压。在这篇文章中，我将讨论隔离器的一个关键性能参数：共模瞬态抗扰度或 CMTI。

CMTI 描述了隔离器能够容忍其两个接地之间的高转换率电压瞬变，而不会破坏通过它的信号。一般来说，较高的 CMTI 表示对噪声的鲁棒性，并且在任何隔离应用中都是一个优势。但是，在某些特殊应用中，高 CMTI 隔离器可以使最终产品实现显着差异化。

太阳能、风能和电网存储应用使用逆变器将产生或存储的直流电转换为交流电，然后再馈入电网。逆变器包括绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 或其他由微控制器控制的功率半导体器件。隔离式栅极驱动器或数字隔离器与非隔离式栅极驱动器相结合，将来自微控制器的信号转换为栅极控制，再传输到功率器件。这为功率器件提供了正确的电压和电流驱动，并将微控制器与逆变器的高压部件隔离开来。图 1 显示了中央太阳能逆变器的简化框图。

图 1：中央太阳能逆变器的简化框图

这些应用中使用的隔离器面临高接地瞬变（参见图 2），因为两个接地之一连接到快速开关逆变器输出。 对于大功率逆变器设计，逆变器输出可以在几十纳秒内切换到 1500V。CMTI 在这里是一个关键参数，因为这些接地瞬变在隔离器中引起的任何位错误都可能导致危险的短路。

图 2：逆变器输出开关曲线转换为隔离器的高 CMTI

太阳能、风能和固定存储中的逆变器开始使用更高的直流总线电压、更短的开关时间和更高的开关频率。这些因素中的每一个都增加了对隔离器的 CMTI 要求。

使用更高的直流母线电压会增加输出功率，同时保持电流水平和铜成本相同，从而降低单位发电成本。由于总功率输出增加（更高的 V），效率也有所提高，但传导损耗保持不变（相同的 I）。鉴于开关转换时间缩短，逆变器效率提高。更高的开关频率导致电感器和变压器等磁性元件成本更低、体积更小。可靠的基于碳化硅 (SiC) 的功率晶体管的可用性，与传统的 IGBT 相比，它可以更快地切换并承受更高的电压，这也有助于逆变器能够更快、更高效地切换。

因此，高 CMTI 隔离器的可用性和使用可以为大功率太阳能、风能和固定存储应用带来若干好处。

TI 最近发布了ISO5851和ISO5451隔离式栅极驱动器，提供 100kV/µs 的最低 CMTI。

ISO5851-Q1 是一款用于 IGBT 和 MOSFET 的 5.7 kV-RMS 增强型隔离栅极驱动器，具有 2.5A 的拉电流能力和 5A 的灌电流能力。输入端由 3V 至 5.5V 的单电源供电运行。输出端允许的电源范围为 15V 至 30V 。两个互补 CMOS 输入控制栅极驱动器的输出状态。 76ns 的短暂传播时间保证了对于输出级的精确控制。
内置的去饱和(DESAT)故障检测功能可识别 IGBT 何时处于过载状态。当检测到 DESAT 时，栅极驱动器输出会被拉低为 V EE2 电势，从而将 IGBT 立即关断。
当发生去饱和故障时，器件会通过隔离隔栅发送故障信号，以将输入端的 FLT 输出拉为低电平并阻断隔离器的输入。 FLT 的输出状态将被锁存，可通过 RST 输入上的低电平有效脉冲复位。

TI 还提供ISO78xx系列数字隔离器，最小 CMTI 为 70kV/µs。这些隔离器可实现成本更低、效率更高的大功率逆变器设计。

ISO7831是一款高性能三通道数字隔离器，隔离电压高达8000V-PK。该器件已通过符合VDE、CSA和CQC标准的增强型隔离认证。 在隔离CMOS或者LVCMOS数字I/O时，该隔离器可提供高电磁抗扰度和低辐射，且具有低功耗特性。 每个隔离通道的逻辑输入和输出缓冲器均由二氧化硅(SiO-2)绝缘隔栅分离开来。 该器件配有使能引脚，可用于将多个主驱动应用中的相应输出置于高阻态，也可用于降低功耗。
ISO7831具有两个正向通道和一个反向通道。 如果出现输入功率或信号丢失，ISO7831器件默认输出“高”电平，ISO7831F器件默认输出“低”电平。与隔离式电源一起使用时，此器件可防止数据总线或者其他电路上的噪声电流进入本地接地，以及干扰或损坏敏感电路。 凭借创新的芯片设计和布线技术，ISO7831的电磁兼容性得到了显著增强，从而可确保提供系统级ESD、EFT和浪涌保护并符合辐射标准。ISO7831采用16引脚小外形尺寸集成电路(SOIC)宽体(DW)封装。