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隔離需求無處不在 整合式方案提升電源密度

文‧黃繼寬 發布日期:2016/08/17 關鍵字:伺服器電源太陽能電動機車MOSFET電源設計

為了保障人身安全,在電源系統設計中,隔離是非常普遍的需求。不過,現有的電源隔離設計常是利用離散元件實現,對電源系統的尺寸影響甚巨。為協助客戶開發出尺寸更小巧的高功率電源系統,德州儀器(TI)推出整合隔離功能的高速MOSFET驅動器,目前在台灣已積極鎖定伺服器電源、電動機車等應用客戶。

德州儀器電源管理應用經理蕭進皇表示,電源系統的隔離是保障使用者安全不可或缺的機制,小到行動裝置的充電器,大到電動車、馬達驅動應用等千瓦等級以上的電源系統,都需要具備隔離設計,否則使用者一摸到系統就會有觸電風險。

不過,以往電源隔離通常是使用離散元件來實現,例如變壓器(Transformer)就是其中之一。但這種實作方法會對電源系統的尺寸造成明顯影響,導致電源密度無法提升。有鑑於此,德州儀器推出整合隔離功能的MOSFET驅動器,並可支援極高的切換速度,以便為次世代氮化鎵(GaN) MOSFET建立生態系統。

蕭進皇指出,整合隔離功能的MOSFET驅動器,可以明顯縮小電源系統的尺寸,但如何確保控制訊號的一致性,避免因隔離功能而受到影響,是技術上的一大挑戰。該公司的UCC21520是一款強化型隔離MOSFET驅動器,可滿足業界常見的5.7kVrms隔離需求,但公司內部測試結果顯示,該元件最大隔離能力可達12.8kV。其共模瞬態過壓抗干擾(CMTI)能力則超過100V/ns,傳播延遲為19奈秒(ns),是目前業界速度最快的隔離式MOSFET驅動器。

此外,UCC21520的源極(Source)電流為4安培,汲極(Sink)電流則是6安培,可以讓MOSFET以更快的速度開關,以降低MOSFET的開關損耗。該元件本身的待機電流也僅有1毫安培,有助於實現更省電的電源系統設計。

在應用方面,該元件具備很大的靈活性,可以應用在高側(High Side)、低側(Low Side)、高/低側(High/Low Side)與半橋拓撲上,鎖定的應用產品則包含電動車、馬達驅動、電信/伺服器電源、太陽能逆變器等高功率電源系統上。

蕭進皇透露,目前已經有不少台灣伺服器電源業者取得該元件樣本,口碑反應還不錯。電動機車則是其在台灣市場鎖定另一個應用族群。電動機車本身的功率不低,且由於車身體積比電動車更受限,因此對電源密度的要求也很高,是該款元件有發揮空間的應用。

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