1.1 关于提高电机驱动的性能和可靠性

大家好 欢迎来到TI Webnar

我叫郭苏漩

我是TI high power-drivers的系统工程师

今天想给大家介绍的topic主要是两种简单的方法

能够提高电机驱动和逆变器的性能和可靠性

这个是我们今天的agenda

首先想给大家介绍一下TI容性隔离

技术 然后我们会以交流电机的应用作为范例 分析这个系统里面会有的challenge

和我们的一些解决方法

然后会给大家提供我们一个新的解决方案

就是我们和光格的输入能够兼容的一个新的隔离驱动芯片

接下来想给大家介绍的就是如果说这个系统里面需要一些保护

我们的一些新的解决方式 这里会以电动车的电机驱动为范例 给大家做一些介绍

最后呢 给大家介绍对于碳化硅或者IGBT大功率模块来说

一些新的解决方案

最后是TI的其他一些resource

这里给大家介绍的是TI的容性隔离技术

TI的容性隔离技术是基于二氧化硅材料的

目前在工业建立和其他材料做对比了

二氧化硅材料是能够提供最高的绝缘能力的

现在目前TI所有的这个隔离驱动

包括其他的那个隔离芯片都是基于这个二氧化硅材料这个技术

现在TI加强型隔离技术能是 通过把原边的逻辑输入信号和副边的输出信号

通过两个绝缘电容隔离实现的.

这两个绝缘电容 并不是说说是实际的电容

从这个下面的截面图上面 大家可以看到说

这是第1个电容的是输入侧的这个带上的电容

是通过层跟层之间的二氧化硅的这个虚拟电容来实现的

原边有一个电容 然后副边呢在右边的带上面

那也是通过层跟层之间的绝缘

有一个虚拟的电容

这样的话能够保证原副边是通过两个绝缘层次实现的

这样每一个电容的最高是能够实现3.3千伏RMS的绝缘能力

所以两个电容串在一起的话

能够实现5.7千伏RMS的绝缘能力

这样做好处是在于因为每一边的电容能实现一个basic isolation

这样不管是原边的这个带的隔离出现问题

或者是副面的这个带的各位出现问题的话

原副边之间也能够保证一个basic isolation

不会说出是完全失去这个原副边的隔音效果

二氧化硅这个材料对于对于温度和湿度的变化来说都不是很敏感

并且现在TI对二氧化硅做隔离的这个技术已经非常成熟了

所以就能够精确的控制这个这个电容的隔离效果

那么现在市面上主要有这三种隔离的技术

主要是TI使用的容性隔离技术 还有其他的一些厂家使用的一些光耦隔离的技术

还有一些厂家使用电磁隔离的技术

那么就是容性隔离的技术

和其他的两种隔离的技术比较有什么优点呢

首先来说 容隔技术是有比较长的一个寿命的

然后呢 第2个优点就说他的绝缘电压能够做得比较高

第三个优点就是能够实现比较好的CMTI

第四个优点啊就说这个他原副边的propagation delay比较小

最后一个有点 容性隔离也不会产生很大的电磁干扰

那么光隔技术和容隔就是来比较

那是有这么几点区别

首先一个 光隔技术的寿命是没有办法标定的

因为在去标定光隔技术的一些标准的时候呢

是没有去把寿命这个点放在标准里 但是我们在标定融隔技术的时候呢是有TTDB

这个寿命的标定的

并且光耦是有一个长时间来说的way out问题

但是容隔技术是不会有的

就是说 从这个角度上面来说容隔技术比光隔的技术的

使用的芯片来说那寿命要长一些

然后第2点的就是光隔技术和容隔技术来比较

对于隔离电压的控制上容隔技术是会能够做得比较高

然后第3点呢 容隔技术的CMPI比光隔技术要好

因为就是通过二氧化硅 层跟层之间的就是寄生电容的控制来说

容隔技术可以做得非常小

但是光隔技术的CMTI是没有容隔技术那样精确的control

那么最后一点就是光隔技术 它的propagation delay会比容隔技术业务要长

光隔芯片的一般他的propagation delay能够到数百个纳秒级别

但容隔芯片呢目前我们能够做到最小的propagation delay是小于20纳秒

所以 对于容隔芯片来说 从原边到副边的propagation delay

能做到精确的control

能做得很小

电磁隔离技术也是常用的隔离技术

电磁隔离技术主要是通过原副边. 两个隔离线圈来实现信号的传输的

那么这两个隔离线圈呢

它的问题主要在于它的emi电磁干扰会比容隔技术要严重一些

并且从CMTI的角度上面来说

目前容隔技术是能够取得最好的CMTI

电磁隔离的技术CMTI会稍微差一些

然后从这个工作电压来说 电磁隔离技术的工作电压 工作电压隔离电压

会比容隔技术低一些

这里以交流电机的Power stage为例

给大家介绍一下对隔离驱动的一些要求

对于这个交流电机来说

那系统里面是需要六个隔离的那个驱动

所以就说因为原边是通过MCU或者DSP过来

所以原副边之间是需要从低压到高压做一个隔离

对交流电机来说

那一些比较常见的系统设计的一些challenge主要在于

首先呢进电机工作环境是一个比较Noisy的环境

这是一个 另外一个对于power stage来说

那提高效率和可靠性对电力驱动都是非常重要的

对于电机驱动系统来说 隔离驱动是一个关键的part

那么现在我们看到比较常见的做法呢

还是用光隔的芯片制作

但是我们前面提到的 首先呢然后光隔的驱动

它的寿命比较低 propagation delay比较高

CMTI比较低

所以呢这就导致系统的效率和抗干扰能力都会比较差

所以由于现在对系统的这个要求越来越高

希望能够提高系统的效率和可靠性

我们有一款新的芯片能够满足这个对于性能的需求

好的 那现在给大家介绍一款这个我们新推出的UCC23513的芯片

这款芯片的是SOS6角的

宽距芯片 是能够支持的加强隔离的

然后UCC23513这款芯片是和传统的光耦芯片

soic6角是pin对pin的

这款芯片主要的优势在于 首先它支持环境温度125度

相比于传统的光隔芯片105度来说

它能够支持更高的环境温度

所以在现在高要求的电机驱动应用上这款芯片是有优势

能够去减少散热系统的体积

然后呢从使用寿命来说

UCC23513这款芯片的寿命比传统的光隔芯片要长

因为这个芯片的输入不会有长时间积累的[听不清]的问题 但是

因为光隔芯片了是使用photodiode的

所以这个photodiode LED会随着时间会发生老化

然后呢 ucc 23513块芯片对于power access control

和variation来说 比传统的光隔芯片要好

因为UCC23513这款芯片是基于容隔技术

所以说通过二氧化硅的层和层之间的间距和厚度的控制

来实现来实现隔离和信号传输

这方面 TI已经有非常丰富的经验 能够做到非常精确的控制

但是传统的光隔芯片来说 package thickness包括隔离的thickness

是会有比较大的variation的

并且对于UCC23513这款芯片来说呢

CMTI最低是100伏每纳秒

相比传统的光隔芯片35伏每纳秒

也有很明显的优势 尤其是对于目前的Igbt模块来说

新一代的IGBT模块的输入电容会做得越来越小

并且有一些电机驱动的应用里面也开始使用碳化硅模块

所以说对于CMTI的要求会越来越高

那么UCC23513这款芯片是有明显的优势的

那么因为容隔科技术对于process的control 和variation做的比较精确

所以Part和part之间的差别 UCC23513能做得非常好

是25纳秒 最高

但是因为光隔芯片那它本身的propagation delay比较长

所以说他的part和part的性能对于process的和温度的敏感性

都会比较高

所以说它的part to part speed

在100纳秒左右

所以说对于这一点来说 如果说 说是用驱动芯片来驱动

并联的模块

或者是驱动上下桥臂

然后来控制[听不清]来说 UCC23513是有优势的

并且这个stack比较小 能够帮助去降低系统的损耗

下一个spec

是pulse width distortion

也是能够帮助系统降低死区时间里面的损耗的

因为容隔的技术来说本身propagation delay能够做得比较低

所以pulse width distortion上升沿和下降沿的延迟的控制也能够做得非常好

那么23513这款芯片的pulse width distortion

最高是35个纳秒

但是传统光隔芯片是70个纳秒

从封装上来说

UCC23513是能够支持Group 1的材料

CTI是大于600伏的

传统的光隔是CTI大于175伏

UCC23513是有更可靠的隔离封装

大家好 欢迎来到TI Webnar

我叫郭苏漩

我是TI high power-drivers的系统工程师

今天想给大家介绍的topic主要是两种简单的方法

能够提高电机驱动和逆变器的性能和可靠性

这个是我们今天的agenda

首先想给大家介绍一下TI容性隔离

技术 然后我们会以交流电机的应用作为范例 分析这个系统里面会有的challenge

和我们的一些解决方法

然后会给大家提供我们一个新的解决方案

就是我们和光格的输入能够兼容的一个新的隔离驱动芯片

接下来想给大家介绍的就是如果说这个系统里面需要一些保护

我们的一些新的解决方式 这里会以电动车的电机驱动为范例 给大家做一些介绍

最后呢 给大家介绍对于碳化硅或者IGBT大功率模块来说

一些新的解决方案

最后是TI的其他一些resource

这里给大家介绍的是TI的容性隔离技术

TI的容性隔离技术是基于二氧化硅材料的

目前在工业建立和其他材料做对比了

二氧化硅材料是能够提供最高的绝缘能力的

现在目前TI所有的这个隔离驱动

包括其他的那个隔离芯片都是基于这个二氧化硅材料这个技术

现在TI加强型隔离技术能是 通过把原边的逻辑输入信号和副边的输出信号

通过两个绝缘电容隔离实现的.

这两个绝缘电容 并不是说说是实际的电容

从这个下面的截面图上面 大家可以看到说

这是第1个电容的是输入侧的这个带上的电容

是通过层跟层之间的二氧化硅的这个虚拟电容来实现的

原边有一个电容 然后副边呢在右边的带上面

那也是通过层跟层之间的绝缘

有一个虚拟的电容

这样的话能够保证原副边是通过两个绝缘层次实现的

这样每一个电容的最高是能够实现3.3千伏RMS的绝缘能力

所以两个电容串在一起的话

能够实现5.7千伏RMS的绝缘能力

这样做好处是在于因为每一边的电容能实现一个basic isolation

这样不管是原边的这个带的隔离出现问题

或者是副面的这个带的各位出现问题的话

原副边之间也能够保证一个basic isolation

不会说出是完全失去这个原副边的隔音效果

二氧化硅这个材料对于对于温度和湿度的变化来说都不是很敏感

并且现在TI对二氧化硅做隔离的这个技术已经非常成熟了

所以就能够精确的控制这个这个电容的隔离效果

那么现在市面上主要有这三种隔离的技术

主要是TI使用的容性隔离技术 还有其他的一些厂家使用的一些光耦隔离的技术

还有一些厂家使用电磁隔离的技术

那么就是容性隔离的技术

和其他的两种隔离的技术比较有什么优点呢

首先来说 容隔技术是有比较长的一个寿命的

然后呢 第2个优点就说他的绝缘电压能够做得比较高

第三个优点就是能够实现比较好的CMTI

第四个优点啊就说这个他原副边的propagation delay比较小

最后一个有点 容性隔离也不会产生很大的电磁干扰

那么光隔技术和容隔就是来比较

那是有这么几点区别

首先一个 光隔技术的寿命是没有办法标定的

因为在去标定光隔技术的一些标准的时候呢

是没有去把寿命这个点放在标准里 但是我们在标定融隔技术的时候呢是有TTDB

这个寿命的标定的

并且光耦是有一个长时间来说的way out问题

但是容隔技术是不会有的

就是说 从这个角度上面来说容隔技术比光隔的技术的

使用的芯片来说那寿命要长一些

然后第2点的就是光隔技术和容隔技术来比较

对于隔离电压的控制上容隔技术是会能够做得比较高

然后第3点呢 容隔技术的CMPI比光隔技术要好

因为就是通过二氧化硅 层跟层之间的就是寄生电容的控制来说

容隔技术可以做得非常小

但是光隔技术的CMTI是没有容隔技术那样精确的control

那么最后一点就是光隔技术 它的propagation delay会比容隔技术业务要长

光隔芯片的一般他的propagation delay能够到数百个纳秒级别

但容隔芯片呢目前我们能够做到最小的propagation delay是小于20纳秒

所以 对于容隔芯片来说 从原边到副边的propagation delay

能做到精确的control

能做得很小

电磁隔离技术也是常用的隔离技术

电磁隔离技术主要是通过原副边. 两个隔离线圈来实现信号的传输的

那么这两个隔离线圈呢

它的问题主要在于它的emi电磁干扰会比容隔技术要严重一些

并且从CMTI的角度上面来说

目前容隔技术是能够取得最好的CMTI

电磁隔离的技术CMTI会稍微差一些

然后从这个工作电压来说 电磁隔离技术的工作电压 工作电压隔离电压

会比容隔技术低一些

这里以交流电机的Power stage为例

给大家介绍一下对隔离驱动的一些要求

对于这个交流电机来说

那系统里面是需要六个隔离的那个驱动

所以就说因为原边是通过MCU或者DSP过来

所以原副边之间是需要从低压到高压做一个隔离

对交流电机来说

那一些比较常见的系统设计的一些challenge主要在于

首先呢进电机工作环境是一个比较Noisy的环境

这是一个 另外一个对于power stage来说

那提高效率和可靠性对电力驱动都是非常重要的

对于电机驱动系统来说 隔离驱动是一个关键的part

那么现在我们看到比较常见的做法呢

还是用光隔的芯片制作

但是我们前面提到的 首先呢然后光隔的驱动

它的寿命比较低 propagation delay比较高

CMTI比较低

所以呢这就导致系统的效率和抗干扰能力都会比较差

所以由于现在对系统的这个要求越来越高

希望能够提高系统的效率和可靠性

我们有一款新的芯片能够满足这个对于性能的需求

好的 那现在给大家介绍一款这个我们新推出的UCC23513的芯片

这款芯片的是SOS6角的

宽距芯片 是能够支持的加强隔离的

然后UCC23513这款芯片是和传统的光耦芯片

soic6角是pin对pin的

这款芯片主要的优势在于 首先它支持环境温度125度

相比于传统的光隔芯片105度来说

它能够支持更高的环境温度

所以在现在高要求的电机驱动应用上这款芯片是有优势

能够去减少散热系统的体积

然后呢从使用寿命来说

UCC23513这款芯片的寿命比传统的光隔芯片要长

因为这个芯片的输入不会有长时间积累的[听不清]的问题 但是

因为光隔芯片了是使用photodiode的

所以这个photodiode LED会随着时间会发生老化

然后呢 ucc 23513块芯片对于power access control

和variation来说 比传统的光隔芯片要好

因为UCC23513这款芯片是基于容隔技术

所以说通过二氧化硅的层和层之间的间距和厚度的控制

来实现来实现隔离和信号传输

这方面 TI已经有非常丰富的经验 能够做到非常精确的控制

但是传统的光隔芯片来说 package thickness包括隔离的thickness

是会有比较大的variation的

并且对于UCC23513这款芯片来说呢

CMTI最低是100伏每纳秒

相比传统的光隔芯片35伏每纳秒

也有很明显的优势 尤其是对于目前的Igbt模块来说

新一代的IGBT模块的输入电容会做得越来越小

并且有一些电机驱动的应用里面也开始使用碳化硅模块

所以说对于CMTI的要求会越来越高

那么UCC23513这款芯片是有明显的优势的

那么因为容隔科技术对于process的control 和variation做的比较精确

所以Part和part之间的差别 UCC23513能做得非常好

是25纳秒 最高

但是因为光隔芯片那它本身的propagation delay比较长

所以说他的part和part的性能对于process的和温度的敏感性

都会比较高

所以说它的part to part speed

在100纳秒左右

所以说对于这一点来说 如果说 说是用驱动芯片来驱动

并联的模块

或者是驱动上下桥臂

然后来控制[听不清]来说 UCC23513是有优势的

并且这个stack比较小 能够帮助去降低系统的损耗

下一个spec

是pulse width distortion

也是能够帮助系统降低死区时间里面的损耗的

因为容隔的技术来说本身propagation delay能够做得比较低

所以pulse width distortion上升沿和下降沿的延迟的控制也能够做得非常好

那么23513这款芯片的pulse width distortion

最高是35个纳秒

但是传统光隔芯片是70个纳秒

从封装上来说

UCC23513是能够支持Group 1的材料

CTI是大于600伏的

传统的光隔是CTI大于175伏

UCC23513是有更可靠的隔离封装