大数据时代，隔离给数据传输和人身带来更多安全

数据的快速增长使数据中心面临巨大的压力，我们在享受云端服务带来的各种便捷时，也不得不面对它的发展困境。不管是在工业领域，还是消费领域，高压单元和低压单元在一个系统中共存不可避免，当操作人员在两者之间进行交互时难免会出现故障，而任何故障和从高压单元向低压单元漏电都会对人员造成致命伤害，还会损坏所有电压元件。这时候我们就要考虑采取措施保护操作人员和低压单元不受影响。

怎样实现这种保护？最佳方式自然是隔离。德州仪器亚太区模拟产品汽车方案业务拓展总监吴渭强解释，“半导体集成电路隔离设备使数据和电力在高压和低压单元之间顺利传输，同时防止雷击等危险性直流或来自电网的不受控制的瞬态电流。”

德州仪器亚太区模拟产品汽车方案业务拓展总监吴渭强

未来数据不断增加，云端存储压力越来越大。为了同时满足安全要求和增长的信息需求有人提出两种解决办法：增加功率密度和提供鲁棒隔离。为了增加功率密度，需要大幅提高电源效率，以及电源传输速率，这样可以使电源单元尺寸更小。为了提供鲁棒隔离，需要确保隔离器是系统的组成部分，通过将高速栅极驱动器等关键电源元件与隔离器集成在一起，可以节省电源主板空间，这就是隔离式栅极驱动器。

目前，工业自动化与控制行业向下一代升级，电机驱动和能源存储 / 运输系统中能源效率的阶梯函数增长需求提高，为了满足这些隔离需求，TI 推出了隔离式双通道栅极驱动器 UCC21520。吴渭强介绍，“  UCC21520 为对系统防护和可靠性有高要求的高压应用而开发，可提供 5.7 k VRMS 的增强隔离，其浪涌抗扰度经测试高达 12.8 kV，普通模式的瞬态过压抗扰度在 100 V/ns 以上。它拥有业内最快的 19ns 传播延迟，以及业内最紧密的低于 5ns 的通道至通道延迟匹配，UCC21520 可提供高功率密度和高效率，使解决方案尺寸更小，在终端设备使用寿命内运行更可靠。”

高度兼容，自由组合
工程师在做设计的时候往往需要进行多次验证，而 UCC21520 的兼容性恰好可以帮他们简化设计流程。吴渭强指出，“UCC21520 内部有两组驱动器，可以给客户弹性自由的组合。它可以把两组驱动器变成低端的驱动器，或者改成两组高端，或者一组高端一组低端，最后还可以把它改成半桥的方案。这种弹性可以提升用户的使用体验，工程师不需要验证很多不同的器件，用一个 IC 的不同的组合就可以用在不同的应用上，如 PFC 控制或者马达控制。”

功率密度更高，尺寸更小
UCC21520 能提供最大到 4A 的源电流和 6A 反向电流。其电源是开关电源，有两个参数，第一个是开，第二个是关。首先考虑快速开启，需要高速地把一个很大的电流输出到功率管里，让功率管打开，开完之后要关的时候，需要 6A 的反向电流把功率管关掉。

为什么开的时候需要源电流，关的时候需要反向电流呢？吴渭强解释，“我们针对的功率管绝大部分是 MOS 管、IGBT 和碳化硅。这几种驱动元件本身都是以 MOS 管的输入为主，把 MOS 管的输出端看成是一个电容到地电平，还有另外一个电容从栅极到输出极。开的时候需要先把电容充电，需要很大电流冲过去，让它的电容在最短的时间内充满。当要关的时候，需要更大的电流量把电流从功率管中摄取回来，这就是摄取电流。”

为什么源电流是 4A，拉回来的电流是 6A？吴渭强表示，“这是因为拉得更快，关得更快。当功率管开关的时候，如果速度比较慢，上升的斜率就会低，斜率低就代表功耗大。如果功率管的开 / 关时间缩短，代表着功耗降低，低功耗可以减小本身的散热系统。UCC21520 的 4A 源电流与 6A 灌电流使得高频开关电源应用 1.8nF 负载上升时间和下降时间加快为 6ns 和 7ns，从而降低开关损耗。它可以同时搭配 MOS 管、IGBT 和碳化硅方案。”

浪涌防护高达 12.8 kV，防护能力更强
在应用中有时会出现电源外围有很多干扰，假如有一个干扰刚好在输入输出端两个隔离层之间发生，抗干扰能力差就会影响到信号的传输，或者影响到开关里的应用。吴渭强解释，“除了 UCC21520 的浪涌防护经测试高达 12.8 kV 之外，我们还可以达到 100V/ns 的抗噪声能力，这是业界最高的指标，允许客户在非常高的干扰情况下安全运作。”

UCC21520 结构图

在半桥式组合中，两个通道同时开关可能会把电源短路到地电平。吴渭强分析，“为了避免这个问题，UCC21520 里整合了死区时间功能。当你在半桥应用的时候，这个死区的时间可以通过一个外围的电阻设定，保证两个开关不会同时开。因为同时开，大的话会变成短路，小的话变成功耗。这也可以确保客户在应用的时候，既提升可靠性又进一步降低功耗。”

“同时，UCC21520 拥有 3V 至 18V 宽范的输入电压范围、可编程死区时间控制以及双通道和并行输出，能为设计师提供适用于多种应用的单个灵活元件。另外，其的待机电流低至每个通道 1mA，可提高用电效率。” 吴渭强补充。

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