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淺析光電耦合器安全機構設計準則

電子設計 ? 2021-05-25 16:54 ? 次閱讀

本文介紹了電氣安全的簡要介紹,這將是符合光電耦合器安全機構設計準則的基礎。它概述了安全機構的標準,安裝類別,爬電距離和電氣間隙以及該應用的設計示例。

電氣安全導論

傳統上,與危險電壓的電隔離一直是光耦合器設備的最常見應用。光耦合器的其他應用包括通過消除共模電流環路來降低EMI,該共模電流環路是高速數字系統中輻射發射的最大貢獻者。但是,在當今的電子市場中,隔離仍然是光耦合器的主要角色。電氣隔離在現代電子設計中很重要,因為它可以最大程度地降低使最終用戶遭受危險電流傷害的可能性。可能造成傷害甚至死亡的潮流遠低于大多數人的想象。在某些侵入性醫療操作中,低至80 μA的電流可能是致命的,可接受的安全限值為10 μA。這些閾值在圖1中概述。

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觸電危險等級

通常通過以下三種方法之一實現電氣隔離:磁性,電容或電光。這三者各有利弊。磁隔離(使用隔離變壓器)可能是最早建立的電隔離方法,以堅固的封裝在高頻下提供高水平的隔離。與其他方法相比,這種隔離方法的缺點是設備占用空間大,并且僅適用于交流信號耦合。由于這些特性,磁耦合大部分限于大功率交流應用。

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磁隔離

電隔離的第二種常用方法是電容耦合。電容耦合的優點是開關速度高且封裝占用空間相對較小,但是要消除次級側上的浮動電源需求,需要大電容才能將能量從初級側傳遞到次級側。因此,由于需要有效的能量耦合,因此大大降低了該技術的電隔離值。因此,大多數電容耦合隔離方案的隔離值均為數百伏,而不是其他方法可達到的數千伏。

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電容隔離

另一種潛在的隔離方法涉及使用磁阻傳感器。這些傳感器能夠檢測直流和交流磁場。但是,這是一項新興技術,容易受到來自外部外部磁場的感應噪聲的影響。

光隔離具有前一種方法的許多最佳方面,而沒有缺點。主要是,光學隔離可提供較高的電氣隔離值,這是有效的“沙中線”屏障,危險電壓無法穿透。就Vishay的耦合器而言,這些值高達8000 V,是業界最高水平。這是通過小尺寸封裝和高速實現的。此外,它對于交流或直流信號同樣有效。

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電光隔離

安全機構標準概述

有幾種廣泛接受的行業標準可以管理電子設備的制造和測試。在北美,其中最廣為人知的是Underwriter's Laboratories(UL)。UL具有兩種基本認證:UL認證和UL認可。區別很簡單,但通常會引起很多混亂。可選地刻在設備本身上的“ UL認可”標記是指已經過UL某種程度評估的組件,并且將由UL進行“重新審核”以正確整合到最終使用設備中。完整設備上貼有“ UL認證”標志。例如,一臺計算機將獲得UL認證,而組件硬盤驅動器將成為UL認可的部件。如下頁所示,

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UL認證/ UL認可

UL對所有已經制造或可能制造的產品都有安全標準;但是,為了簡化起見,這些標準可以分為兩類:系統標準和組件標準。系統標準不在本文檔的討論范圍之內。可以說,在電子行業中,最普遍適用的系統標準是UL60950,該標準規范了各種信息技術設備(ITE)的電氣安全要求。除信息技術外,還有一些標準涉及產品電氣安全的其他特殊領域。光耦合器設計特別令人關注的是IEC 60601-1,它控制著醫療設備的安全性。IEC 60601-1由全球醫療領域的人員制定,它是許多國家/地區的國家標準(例如美國的UL2601-1)的基礎。同樣,UL 60950基于國際生成的IEC 60950,并由于美國獨特的國家條件(包括國家電氣法規(NEC))而進行了更改。

歐盟采用基于IEC的版本作為EN60950。與所有組件一樣,光耦合器不一定需要滿足所有特定的最終用途系統標準,例如IEC 609050或IEC 60601-1。在嘗試滿足任何特定的系統標準時,重要的是要知道哪些組件參數會造成設計限制。為了安全起見,這些參數包括爬電距離(沿表面),間隙(通過空氣)距離,最大隔離電壓和絕緣厚度。在大多數情況下,本文檔將處理專門涉及光耦合器制造和測試的標準。這些內容涵蓋兩個標準,UL1577和IEC 60747-5-1,這些標準合并并取代了較早的DIN EN 60747-5-5。

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FSBB20CH60CT Motion SPM

CH60CT是飛兆半導體新開發的先進MotionSPM?3系列產品,為低功率應用(如空調)中的交流電機驅動提供非常緊湊且高性能的逆變器解決方案。 它結合了優化后的電路保護功能及與低損耗IGBT相匹配的驅動功能。集成欠壓閉鎖和過流保護,進一步增強了系統的可靠性。高速內置HVIC提供了無光電耦合器,單電源IGBT柵極驅動能力,進一步減小了逆變器系統的整體尺寸。由于采用三個獨立負直流端子,可實現對逆變器每個相位支路電流的監控。 特性 使用Al 2 O 3 ,實現非常低的熱電阻 由于采用內置自舉二極管,可輕松進行PCB布局 600V-20A三相IGBT逆變橋(包含用于柵極驅動和保護的控制IC 三個獨立負直流鏈路端子,實現逆變器電流感測應用 單接地電源,實現內置HVIC 隔離額定值為2500Vrms / min。 應用 運動控制 - 家用設備/工業電機 電路圖、引腳圖和封裝圖...
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FSBB20CH60CT Motion SPM

STK531U394C-E 智能功率模塊(IPM) 600 V 15 A.

逆變器IPM”是高度集成的電源模塊,包含從單個SIP模塊(單列直插式封裝)中的HV-DC到3相輸出的所有高壓(HV)控制。輸出級采用IGBT / FRD技術,并通過故障檢測輸出標志實現欠壓保護(UVP)和過流保護(OCP)。內部升壓二極管用于高側柵極升壓驅動。 特性 優勢 內置保護電路,包括過電流(總線)和預驅動低壓保護。 可以實現快速保護(自我保護) 可以直接輸入CMOS電平控制信號而無需絕緣電路。 (高電平有效) 無需光電耦合器設計 通過使用用于上部電源的自舉電路來啟用單電源驅動器。 (外部設置) 外部無需自舉二極管和電阻器 內置同時上/下ON保護電路,以防止通過上下側晶體管的同時ON輸入導致臂短路。(死區時間是防止因開關延遲引起的短路所必需的。) 安全異常時所有IGBT門關斷 可通過“ISD”和“VSS”之間的外部電阻“RSD”改變過流保護電流的電平“終端。 可以按每個應用程序進行自定義 通過使用內部熱敏電阻可以監控襯底溫度。 可以使用高精度監視器 認證:UL認可(文件編號:E339285) 應用 終端產品 三相電動機 ...
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STK531U394C-E 智能功率模塊(IPM) 600 V 15 A.

FSBB30CH60CT 運動SPM

CH60C是飛兆半導體新開發的先進MotionSPM?3系列產品,為低功率應用(如空調)中的交流電機驅動提供非常緊湊且高性能的逆變器解決方案。 它結合了優化后的電路保護功能及與低損耗IGBT相匹配的驅動功能。集成欠壓閉鎖和過流保護,進一步增強了系統的可靠性。高速內置HVIC提供了無光電耦合器,單電源IGBT柵極驅動能力,進一步減小了逆變器系統的整體尺寸。由于采用三個獨立負直流端子,可實現對逆變器每個相位支路電流的監控。 特性 使用Al 2 O 3 ,實現非常低的熱電阻 由于采用內置自舉二極管,可輕松進行PCB布局 600V-30A三相IGBT逆變橋(包含用于柵極驅動和保護的控制IC 三個獨立負直流鏈路端子,實現逆變器電流感測應用 單接地電源,實現內置HVIC 隔離額定值為2500Vrms / min。 應用 運動控制 - 家用設備/工業電機 電路圖、引腳圖和封裝圖...
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FSBB30CH60CT 運動SPM

FSBB20CH60C 運動SPM

CH60C是飛兆半導體新開發的先進MotionSPM?3系列產品,為低功率應用(如空調)中的交流電機驅動提供非常緊湊且高性能的逆變器解決方案。 它結合了優化后的電路保護功能及與低損耗IGBT相匹配的驅動功能。集成欠壓閉鎖和過流保護,進一步增強了系統的可靠性。高速內置HVIC提供了無光電耦合器,單電源IGBT柵極驅動能力,進一步減小了逆變器系統的整體尺寸。由于采用三個獨立負直流端子,可實現對逆變器每個相位支路電流的監控。 特性 使用Al 2 O 3 ,實現非常低的熱電阻 由于采用內置自舉二極管,可輕松進行PCB布局 600V-20A三相IGBT逆變橋(包含用于柵極驅動和保護的控制IC 三個獨立負直流鏈路端子,實現逆變器電流感測應用 單接地電源,實現內置HVIC 隔離額定值為2500Vrms / min。 應用 運動控制 - 家用設備/工業電機 電路圖、引腳圖和封裝圖...
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FSBB20CH60C 運動SPM

FSBB15CH60C 運動SPM

CH60C是飛兆半導體新開發的先進MotionSPM?3系列產品,為低功率應用(如空調和洗衣機)中的交流電機驅動提供非常緊湊且高性能的逆變器解決方案。 它結合了優化后的電路保護功能及與低損耗IGBT相匹配的驅動功能。集成欠壓閉鎖和過流保護,進一步增強了系統的可靠性。高速內置HVIC提供了無光電耦合器,單電源IGBT柵極驅動能力,進一步減小了逆變器系統的整體尺寸。由于采用三個獨立負直流端子,可實現對逆變器每個相位支路電流的監控。 特性 通過UL第E209204號認證(SPM27-CC封裝) 使用DBC可產生極低的熱電阻 內置的自舉二極管,可輕松進行PCB布局 600V-30A三相IG BT逆變橋(包括提供柵極驅動和保護的控制IC) 三個分開的負直流鏈路端子,可實現逆變器電流感測應用 內置HVIC可實現單組接地電源供電 絕緣等級為2500Vrms / min。 應用 運動控制 - 家用設備/工業電機 電路圖、引腳圖和封裝圖...
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FSBB15CH60C 運動SPM

STK544UC63K-E 智能功率模塊(IPM) 600 V 10 A.

變器IPM(智能功率模塊)包括三相逆變器的輸出級,預驅動電路,自舉電路和保護電路。 特性 優勢 Over-電流保護電路 具有單獨的發射器和VITRIP端子以進行保護 所有通道的欠壓鎖定 安全異常時所有IGBT門關閉 上/下ON保護電路 系統故障可以減少噪音 溫度監控器熱敏電阻 可以使用高精度監控器 直接輸入CMOS電平沒有絕緣的控制信號 無需光電耦合器設計 應用 終端產品 電機驅動器模塊 電機控制系統 工業/通用控制系統HVAC 工業風扇電機 泵 洗衣機 電路圖、引腳圖和封裝圖...
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STK544UC63K-E 智能功率模塊(IPM) 600 V 10 A.

NCL30388 功率因數校正的準諧振初級側電流模式控制器 用于帶有熱折返的LED照明

88是一款功率因數校正反激式控制器,適用于隔離式恒流LED驅動器。控制器以準諧振模式操作以提供高效率。由于采用了一種新穎的控制方法,該器件能夠從初級側緊密調節恒定的LED電流。這消除了對次級側反饋電路,其偏置和光耦合器的需求。該器件與最少數量的外部元件高度集成。內置了一套強大的安全保護功能,以簡化設計。 特性 優勢 集成HV啟動電流源 快速啟動,低待機功耗&寬輸出操作范圍 數字PSR CC循環控制 恒定亮度調節 - 數字PSR CV循環控制 在低溫條件下良好的啟動性能 數字PFC循環算法 超過0.9半負載230 Vac時PF和半負載通用輸入時THD低于10% Valley Lock out和Frequency Foldback 在寬輸入和輸出范圍內實現高效率 二次二極管和輸出短路保護 避免過熱故障情況 開路和短路LED保護 常見LED系統故障的穩健故障處理 V CC欠壓和過壓保護 強大的故障處理 應用 終端產品 整體LED燈泡 集成LED驅動電子設備 LED光引擎 LED驅動電源 LED燈泡 LED電源驅動器 LED光引擎 LED燈管...
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NCL30388 功率因數校正的準諧振初級側電流模式控制器 用于帶有熱折返的LED照明

NCL30386 可調光功率因數校正的準諧振初級側電流模式控制器 用于LED照明 具有熱折返功能

86是一款針對隔離式恒流LED驅動器的功率因數校正反激式控制器。控制器以準諧振模式操作以提供高效率。由于采用了一種新穎的控制方法,該器件能夠從初級側緊密調節恒定的LED電流。這消除了對次級側反饋電路,其偏置和光耦合器的需求。該器件與最少數量的外部元件高度集成。內置強大的安全保護套件以簡化設計。該器件專門用于非常緊湊的節省空間的設計,并支持模擬和數字調光,具有兩個專用的調光輸入控制,是智能LED照明應用的理想選擇。 特性 優勢 集成HV啟動電流源 快速啟動,低待機功耗&寬輸出操作范圍 數字PSR CC循環控制 恒定亮度調節 - 數字PSR CV循環控制 在低溫條件下良好的啟動性能 數字PFC循環算法 超過0.9半負載230 Vac時PF和半負載通用輸入時THD低于10% Valley Lock out和Frequency Foldback 在寬輸入和輸出范圍內實現高效率 模擬輸出的模擬/ PWM調光輸入信號處理 精確調光CC容差,寬工作范圍,無可聞噪聲 可選調光曲線 線性調光曲線(L)和Qdratic調光c urve(S) 輔助二極管和輸出短路保護 避免故障情況...
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NCL30386 可調光功率因數校正的準諧振初級側電流模式控制器 用于LED照明 具有熱折返功能

ACCL-9410 高速四通道3/1數字隔離器

Broadcom ACCL-9410是一款基于電容耦合的四通道3/1雙向數字隔離器設備。該器件提供跨絕緣屏障的高速數據傳輸,能夠工作高達25 MBd,傳播延遲為40 ns。 ACCL-9410采用150密耳窄體16引腳SOIC封裝包。該器件工作在3.3V / 5V電源。電氣直流和定時AC規范在-40°C至+ 125°C的溫度范圍內規定。 特性 電源電壓:3.3 V / 5 V 寬工作溫度:-40°C至125°C 高數據速率:25 MBd 低功耗:每通道2 mA 低傳播延遲:最大40 ns 脈沖寬度失真:最大5 ns 傳播延遲部分偏斜:最大15 ns 傳播延遲通道偏移:最大8 ns 輸出使能功能 應用 工業控制隔離數據接口(即SPI) 高速數字系統 隔離式DC-DC轉換器 邏輯電平轉換  ...
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ACCL-9410 高速四通道3/1數字隔離器
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