环球动态:在栅极驱动器 IC 方面取得的进步让开关电源实现新的功率密度水平
经久耐用的电气隔离技术以及栅极驱动器 IC 输出级和封装的多项创新
【资料图】
作者：英飞凌科技股份有限公司市场总监 Hubert Baierl
简介
像许多电子领域一样，进步持续发生。目前，在 3.3 kW 开关电源 (SMPS) 中，产品效率高达 98%，1U结构尺寸，其功率密度可达 100 W/in3。这之所以可以实现是因为我们在 图腾柱 PFC 级 中明智地选择了超结 (SJ) 功率 MOSFET（例如 CoolMOS），碳化硅 (SiC) MOSFET（例如 CoolSiC），而且还采用了氮化镓 (GaN) 功率开关（例如 CoolGaN）用于400V LLC 应用。PFC 和 LLC 数字控制器是必不可少，正如采用平面磁性器件和先进的栅极驱动器 IC（如 EiceDRIVER）在实现高性能方面发挥着重要作用。
主要市场趋势
经久耐用的电气隔离
在系统的两个（或多个）部分之间必须进行接地环路隔离时，就要采用电气隔离。采用电气隔离的主要原因有：
1. 避免接地偏移（由电源开关的正常操作导致）影响系统的正常运行。
2. 防止浪涌或脉冲损害系统的完整性。
3. 保护人们免受有害电击。
目前，德国 VDE 规范 DIN VDE V 0884-11:2017-01 (“VDE 0884-11”) 是电气隔离栅极驱动器 IC 器件级标准的“黄金标准”。
VDE 0884-11 是任何电气隔离半导体产品（即，不管是光学隔离、磁性隔离还是电容隔离）的第一个行业标准，不仅考虑了零时（即制造商测试产品时）的隔离栅特性。VDE 0884-11 还要求产品使用寿命为 20 年。为此，栅极驱动器 IC 要接受与时间相关的电介质击穿（TDDB）寿命测试 tBD（击穿时间），该测试的上限为 37.5 年（见表 1）。
而众所周知的器件级隔离标准中（如 UL 1577、IEC 60747-5-5 或同时到期的 VDE 0884-10）没有产品使用寿命的要求。
由于 VDE 0884-11 是德国标准，因此该标准已与在很大程度上类似的国际 IEC 60747-17 标准合并，IEC 60747-17 标准于 2020 年 9 月 20 日发布。
VDE 0884-11 标准中含有一个不容忽视且非常重要的声明：
“只有在安全等级范围内才能保证安全的电气隔离。应通过适当的保护电路确保符合安全等级。”
在人们需要防止触电时，这句话尤为重要。
表 1.器件级隔离标准概述
