【技术】CMOS数字隔离技术,替代光电耦合器,助力光伏逆变器更高可靠性

2016-05-16 Silicon Labs
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一百多年来火力发电设施已被证明是稳定和可靠的能量来源,但这些设施巨大而复杂,并且构建成本日益高涨。同时,以最小的碳排放和环境影响标准来运行这些设施也面临着极大挑战和成本压力。 相比之下,现代光伏(PV)电力系统成为火力发电厂的合理替代方案, 其可以提供更低的长期运行成本、模块化的可扩展性、更高效,同时碳排放比集中式发电设施低很多。光伏发电系统由多个部分组成,例如把光能转换成电能的光伏面板、机械、电气连接器、配件,以及把太阳能产生的电输送到电网过程中必不可少的太阳能逆变器等。


光伏逆变器要在高温和/或严寒中工作25年, 我们在选择用于逆变器的元器件时要特别注意。很明显,一些元器件,例如用于滤波的电解电容和用于光电隔离的光电耦合器,不可能有25年的寿命。电解电容会干涸并枯竭,光电耦合器的LED亮度会逐渐暗淡,直到停止运行。对于这些脆弱元器件的解决方法是采用高质量的薄膜电容器(有更高可靠性,但也需要更高成本)进行替换。而最佳的长期解决方案是放弃光电耦合器而采用先进的CMOS工艺隔离元器件。


CMOS工艺技术提供高可靠性、低成本、高速率、小尺寸、低功耗、在极端电压和温度范围内运行稳定性,以及其他许多值得拥有的特性。与光电耦合器中所用的砷化镓(GaAs)工艺技术不同,采用CMOS工艺制造的器件没有内在机械磨损。底层CMOS隔离单元是电容性、全差分和高度优化的,这满足严格的时序性能、低功耗,以及由外场和快速共模瞬变而造成数据错误的高免疫力。事实上,将CMOS工艺技术结合专有的硅产品设计,其带来的优势使隔离器件更加牢靠, 更“接近理想”隔离器件。与以前大家看到的有所不同,这些器件提供更完整的功能集成度、大幅提高可靠性(60年以上的隔离栅寿命);可在最大VDD下,支持-40℃到+125℃连续运行温度范围,大幅提高性能、降低功耗、节省电路板面积并提高易用性。


21世纪光伏逆变器元器件解决方案

如图1所示,光伏逆变器的结构并非仅限于单相、基于变压器的逆变器。其他常见类型包括:高频率、双极型、三相无变压器和电池供电逆变器。虽然其拓扑结构彼此不同,但通常共用相同的元器件解决方案。框图2中显示几个使用在基于变压器、三相逆变器的 CMOS工艺隔离器件。


图1:单级、单相逆变器框图


使用CMOS隔离器件的三相逆变器

图2:使用CMOS隔离器件的三相逆变器


这是一个典型的闭环结构, 数字控制器调节电源开关的占空比, 迫使光伏发电系统输出电压的幅值和相位与电网需求精确匹配。隔离门驱动器在单一封装中集成安全认证过的电气隔离(1kV、2.5kV或5kV等级)和高压侧(high-side)电平转换功能,不需要外部隔离器件。 每个驱动器输出与其他输出隔离,使正负电压输出可以混合使用,而不会产生闭锁效应(latch-up)。


反馈到控制器的电流由一个4mm x 4mm x 1mm的CMOS隔离交流电流感应器提供(其1kV 隔离等级受限于封装,更大封装版本有高达5kVrms等级)。此单芯片感应器具有比电流感应变压器更宽的温度范围、 更高精度及可靠性。该传感器在每个周期复位,由数字控制器产生的逆变器门控制信号产生周期信号,从而无需外部复位电路。电网反馈是系统反馈控制机制的重要组成部分。电阻衰减器用于降低电网电压到PWM调制器兼容的范围,把正弦波输入转换成一个离散的PWM波形,并且由CMOS数字隔离器安全隔离。


光伏发电系统对于发电领域来说是一项相对较新的技术。和其他新兴技术一样,光伏发电系统将随着技术的成熟而迅速变化,其无疑将持续发展,以满足市场对更高容量、更低成本和更高可靠性的需求。 当出现这些需求时,光伏逆变器将在功能性上进一步扩展,设计人员将需要更高集成度、特定应用相关的元器件级装置,这将进一步促进和推动CMOS工艺隔离技术的创新。随着不断发展,光伏发电系统将变得更加普遍,最终成为公共服务设施中的主流,从而大大减少我们对火力发电的依赖。

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  • 阿尼古 Lv8. 研究员 2023-06-21
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  • 用户_2482 Lv4. 资深工程师 2017-10-29
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型号- C8051T604-GS,SI8420AD-A-IS,WF111,SI7007-A20-IM1,SI8035AA-B-IU,C8051T604-GM,C8051F813-GU,SI8642ET-IS,C8051F541-AM,SL16020DC,C8051F813-GM,C8051F587-AM,C8051F044,SI2434,SI4613,C8051F043,SI4614,C8051F046,C8051F045,C8051F587-AQ,SI2435,C8051F047,C8051F541-AQ,TS3001,TS3002,SI2439,TS3003,SI8712CC-B-IP,TS3004,C8051F060,C8051F531-C-IM,TS3006,C8051F062,SI8710AD-B-IS,C8051F061,SI8712CC-B-IS,C8051F064,C8051F063,EFM32LG230FX - QFN64,EZR32WG230F64R69G,EFM32WG880FX - QFP100,EFM32WG980FX - QFP100,SI8233BB-C-IS1,C8051F531-C-IT,SI51210,SI8635BD-B-IS,C8051F975-A-GM,SI8230BB-B-IS1,SI8232BB-B-IS,C8051F394-A-GM,SI4624,C8051T616-GM,SI4622,SI8635BT-IS,C8051F573-IM,SI4629,C8051F530-C-AM,SI8920BD-IS,C8051F530-C-AT,C8051F801-GM,C8051F711-GQ,C8051F585-IM,SI21802,C8051F585-IQ,EFM32LG390FX - BGA112,SI8605AC-B-IS1,C8051F370-A-GM,EFM8BB10F2G-A-QFN20,C8051F066,C8051F065,C8051F067,SI2457,SI3452B-B02-GM,SI88243ED-IS,C8051F801-GU,C8051F506-AQ,SI7005-B-GM1,SI2167-C,SI21682-C,SI7022-A20-IM,SI8642AB-B-IS,SI8650ED-B-IS,SI2167-B,SI8719BC-A-IP,TSM9118,SI8631AB-B-IS,TSM9117,SI8234AB-C-IS,TSM9119,SI8234AB-C-IM,EFM32WG390FX - 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Silicon Labs(芯科科技) Si86xx数字隔离器数据手册

描述- 该资料介绍了Si86xx系列数字隔离器,这是一种超低功耗的CMOS设备,提供高速数据传输、传播延迟、功率、尺寸、可靠性和外部BOM优势。这些产品适用于广泛的温度范围和整个使用寿命,具有施密特触发输入以提高噪声免疫力。

型号- SI8661BC-B-IS1R,SI8642BB-B-IS,SI8642ED-B-ISR,SI8621BC-B-ISR,SI8620AX,SI8652BB-B-IS1R,SI8651BB-B-IS1,SI8660BA-B-IS1,SI8650,SI8662BC-B-IS1,SI8663AB-B-IS1R,SI8645BA-B-IU,SI8655,SI8642BB-B-IS1,SI8651,SI8652,SI8620AB-B-ISR,SI8652EC-B-IS1,SI8660BB-B-IS1R,SI863X,SI8640BB-B-IS,SI8650BD-B-ISR,SI8645BB-B-IS1,SI8630AB-B-IS1R,SI8663EC-B-IS1R,SI8640BD-B-IS,SI8662BB-B-IS1R,SI8660,SI8661,SI8635BD-B-ISR,SI8610BB-B-ISR,SI8660ED-B-ISR,SI8635BD-B-IS,SI8622ED-B-ISR,SI8662,SI8663,SI8642BD-B-IS,SI8661EC-B-IS1,SI8631BD-B-IS,SI8631AX,SI864X,SI8610ED-B-ISR,SI8635BC-B-IS1R,SI8630BC-B-IS1,SI8640EC-B-IS1,SI8661EC-B-IS1R,SI8663BD-B-IS,SI8622EC-B-ISR,SI8610BB-B-IS,SI8641BB-B-IUR,SI865X,SI8660BA-A-IS1,SI8651ED-B-ISR,SI8641BC-B-IS1R,SI8642AX,SI8663ED-B-ISR,SI8635BC-B-IS1,SI8631BB-B-IS,SI8635BB-B-IS,SI8661AB-B-IS1,SI8661AB-B-IS1R,SI8642AB-B-IS,SI8650ED-B-IS,SI8641BA-B-IU,SI8631AB-B-IS,SI8622EB-B-IS,SI8650AB-B-IS1R,SI8620AB-B-IS,SI8631EC-B-IS1,SI8655BD-B-ISR,SI86XX,SI866X,SI8621ED-B-IS,SI8663BC-B-IS1R,SI8630AX,SI8640BA-B-IUR,SI8641BD-B-ISR,SI8652AB-B-IS1,SI8622EC-B-IS,SI8641EC-B-IS1,SI8621BB-B-IS,SI8631AB-B-ISR,SI8631BB-B-ISR,SI8640AB-B-IS1,SI8640BC-B-IS1R,SI8652BD-B-IS,SI8655BD-B-IS,SI8610BC-B-ISR,SI8630ED-B-ISR,SI8662BD-B-ISR,SI8610AB-B-IS,SI8620BC-B-IS,SI8620BB-B-IS,SI8610,SI8641AX,SI8662BB-B-IS1,SI8620EC-B-IS,SI8655BB-B-IS1R,SI8660ED-B-IS,SI8645BB-B-IS1R,SI8631BB-B-IS1,SI8622BB-B-ISR,SI8620ED-B-ISR,SI8650BC-B-IS1,SI8663AB-B-IS1,SI8640AB-B-ISR,SI8662ED-B-ISR,SI8622ED-B-IS,SI8630BC-B-IS1R,SI8641BB-B-ISR,SI8622,SI8642BT-ISR,SI8631BC-B-IS1R,SI8640BB-B-IS1,SI8641BC-B-IS1,SI8620,SI8641BD-D-IS,SI8621,SI8640EC-B-IS1R,SI8652AX,SI8641ED-B-ISR,SI8620BC-B-ISR,SI8620BD-B-IS,SI8622BD-B-IS,SI8655BA-B-ISR,SI8620EC-B-ISR,SI8641ED-B-IS,SI8640AB-B-IS1R,SI8661BD-B-IS,SI8635,SI8630EC-B-IS1R,SI8630,SI8631,SI8640AX,SI8663AX,SI8630AB-B-IS1,SI8621AB-B-ISR,SI861X,SI8652ED-B-IS,SI8650EC-B-IS1,SI8642BB-B-IS1R,SI8620BD-B-ISR,SI8662AB-B-IS1R,SI8662BC-B-IS1R,SI8663ED-B-IS,SI8650BD-B-IS,SI8640BC-B-IS1,SI8645,SI8662EC-B-IS1,SI8640,SI8641,SI8630ED-B-IS,SI8642,SI8651AX,SI8640AB-B-IS,SI862X,SI8641BB-B-IS,SI8655BA-B-IUR,SI8621EC-B-ISR,SI8661BB-B-IS1R,SI8652BC-B-IS1R,SI8655BB-B-IS1,SI8645BD-B-ISR,SI8642AB-B-IS1,SI8620BB-B-ISR,SI8662AX,SI8645BB-B-IS,SI8650ED-B-ISR,SI8662EC-B-IS1R,SI8642BC-B-IS1R,SI8660AB-B-IS1,SI8642BA-B-IU,SI8621AB-B-IS,SI8640BA-B-IU,SI8652EC-B-IS1R,SI8660BA-B-IS1R,SI8642AB-B-ISR,SI8630EC-B-IS1,SI8630AB-B-IS,SI8651AB-B-IS1,SI8641BA-B-IUR,SI8650AX,SI8631ED-B-IS,SI8642BD-B-ISR,SI8652BB-B-IS1,SI8660BC-B-IS1R,SI8630AB-B-ISR,SI8640ED-B-IS,SI8651BB-B-IS1R,SI8642ED-B-IS,SI8652AB-B-IS1R,SI8622BC-B-ISR,SI8631BC-B-IS1,SI8650BB-B-IS1,SI8610ED-B-IS,SI8631AB-B-IS1R,SI8641BB-B-IS1,SI8650BC-B-IS1R,SI8660BD-B-IS,SI8655BA-C-IUR,SI8631BD-B-ISR,SI8641BB-B-IS1R,SI8663BD-B-ISR,SI8661AX,SI8610BC-B-IS,SI8651EC-B-IS1,SI8661BB-B-IS1,SI8631EC-B-IS1R,SI8661ED-B-IS,SI8622EB-B-ISR,SI8652BC-B-IS1,SI8631AB-B-IS1,SI8651BD-B-ISR,SI8610AB-B-ISR,SI8621ED-B-ISR,SI8640BB-B-ISR,SI8622BD-B-ISR,SI8630BB-B-IS1R,SI8642EC-B-IS1R,SI8645BD-B-IS,SI8641BD-B-IS,SI8661BC-B-IS1,SI8630BD-B-IS,SI8660EC-B-IS1,SI8610BD-B-ISR,SI8641EC-B-IS1R,SI8645BC-B-IS1,SI8650EC-B-IS1R,SI8622BB-B-IS,SI8630BD-B-ISR,SI8640BB-B-IS1R,SI8641BA-C-IU,SI8635BB-B-ISR,SI8621BC-B-IS,SI8641AB-B-IS1R,SI8622BC-B-IS,SI8660AX,SI8610EC-B-ISR,SI8621EC-B-IS,SI8651BC-B-IS1,SI8651ED-B-IS,SI8662ED-B-IS,SI8610AX,SI8641BA-C-IUR,SI8652BD-B-ISR,SI8663EC-B-IS1,SI8621BD-B-ISR,SI8641BB-B-IU,SI8651BD-B-IS,SI8651EC-B-IS1R,SI8663BB-B-IS1R,SI8620ED-B-IS,SI8640BD-B-ISR,SI8660AB-B-IS1R,SI8641AB-B-IS,SI8642AB-B-IS1R,SI8660BC-B-IS1,SI8630BB-B-ISR,SI8642EC-B-IS1,SI8640ED-B-ISR,SI8645BB-B-ISR,SI8621AX,SI8660BD-B-ISR,SI8655BA-B-IS,SI8641AB-B-IS1,SI8650AB-B-IS1,SI8661BD-B-ISR,SI8663BC-B-IS1,SI8631ED-B-ISR,SI8662BD-B-IS,SI8655BA-B-IU,SI8650BB-B-IS1R,SI8621BB-B-ISR,SI8645BA-B-IUR,SI8630BB-B-IS,SI8610EC-B-IS,SI8630BB-B-IS1,SI8660BB-B-IS1,SI8610BD-B-IS,SI8660EC-B-IS1R,SI8645BC-B-IS1R,SI8662AB-B-IS1,SI8663BB-B-IS1,SI8652ED-B-ISR,SI8641AB-B-ISR,SI8661ED-B-ISR,SI8642BB-B-ISR,SI8631BB-B-IS1R,SI8642BA-B-IUR,SI8651AB-B-IS1R,SI8642BC-B-IS1,SI8621BD-B-IS,SI8651BC-B-IS1R

2013年09月01日  - SILICON LABS  - 数据手册  - Rev. 1.0 代理服务 技术支持 批量订货

Si86xx产品介绍

描述- 本资料介绍了Si86xx系列超低功耗数字隔离器,该系列产品采用CMOS工艺制造,提供高速数据传输、宽工作电压范围、高隔离耐压和多种封装选项。这些产品适用于工业自动化系统、医疗电子设备、汽车充电系统和通信系统等领域。

型号- SI86XXXA-X-XX,SI8620AX,SI8640AB-B-IS1,SI8650,SI8621AB-AS,SI8610AB-B-IS,SI8642AB-B-IS1,SI8660AX,SI8651,SI8652,SI8662AX,SI8641AX,SI8663AB-AS1R,SI863X,SI8660AB-B-IS1,SI8610AX,SI8663AB-B-IS1,SI8621AB-B-IS,SI8621AB-ASR,SI8630AB-B-IS,SI8651AB-B-IS1,SI8650AX,SI8631AX,SI8652AX,SI8641AB-B-IS,SI8642AB-AS1R,SI864X,SI8642AB-AS1,SI8621AX,SI8641AB-B-IS1,SI8650AB-B-IS1,SI8630,SI8631,SI8640AX,SI8661AX,SI8642AX,SI8663AX,SI8630AB-B-IS1,SI8661AB-B-IS1,SI861X,SI8663AB-AS1,SI8642AB-B-IS,SI8662AB-B-IS1,SI8641AB-AS1,SI8631AB-B-IS1,SI8631AB-B-IS,SI8620AB-B-IS,SI86XX,SI866X,SI8640,SI8641,SI8651AX,SI8642,SI8640AB-B-IS,SI8630AX,SI8641AB-AS1R,SI8652AB-B-IS1,SI862X

February 2018  - SILICON LABS  - 数据手册  - Rev. 1.02 代理服务 技术支持 批量订货 查看更多版本

Si8630/31/35产品介绍

描述- 该资料介绍了硅实验室(Silicon Labs)的超低功耗三通道数字隔离器Si8630/31/35。这些CMOS设备提供高数据速率、传播延迟、功率、尺寸、可靠性和外部BOM优势,适用于各种工业自动化系统、医疗电子、混合动力汽车等领域。

2016/12/10  - SILICON LABS  - 数据手册  - Rev. 1.8 代理服务 技术支持 批量订货

模拟隔离放大器的简单替代方案

描述- 本文介绍了基于Silicon Labs Si86xx系列的CMOS数字隔离器的线性隔离器参考设计。该设计提供了一种简单且经济的线性隔离解决方案,具有高集成度、高性能和可靠性。与传统的ISOamps相比,ISOlinear参考设计提供了更高的信噪比、更好的共模瞬态免疫(CMTI)和更大的隔离等级灵活性。

型号- ACPL-C79A,ACPL-C790,ADIAD202,SI8663,ACPL-780,HCPL-7840,TI ISO-124,ACPL-790

2/13  - SILICON LABS  - 数据手册  - Rev. 0.2 代理服务 技术支持 批量订货

Silicon Labs(芯科科技) Si8751/Si8752隔离驱动器 数据手册

描述- 该资料介绍了Si875x系列隔离场效应晶体管(FET)驱动器,它支持用户选择外部FET,结合了强大的隔离技术和SSR FET驱动器,形成了一个完整、隔离的开关。Si875x具有数字CMOS引脚控制或二极管仿真输入选项,可灵活地应用于AC或DC负载切换,无需额外的次级侧直流电压源,从而降低成本、尺寸和复杂性。

型号- SI8752AB-AS,SI8751,SI8752AB-AS3,SI8751AB-AS,SI8752,SI8752AB-IS,SI8751AB-AS3,SI875X,SI8751AB-IS

2016年09月29日  - SILICON LABS  - 数据手册  - Rev. 0.5 代理服务 技术支持 批量订货

Si861x/2x产品介绍

描述- 本资料介绍了Silicon Labs公司生产的超低功耗单通道和双通道数字隔离器Si861x/2x系列产品。该系列器件采用CMOS工艺,提供高速数据传输、低延迟、低功耗、小尺寸、高可靠性和外部组件简化等优点。产品支持高达150 Mbps的数据速率,并具有多种隔离电压等级和安全认证。

型号- SI8622EC-B-IS,SI8620ET-IS,SI862XXT,SI8621BB-B-IS,SI8622BB-B-IS,SI8610BB-B-IS,SI8610ED-B-IS,SI8610ED-AS,SI8621BC-B-IS,SI8622BC-B-IS,SI8621EC-AS,SI8620BC-B-IS,SI8620BB-B-IS,SI8610BC-B-IS,SI8621BD-AS,SI8610EC-B-IS,SI8620EC-B-IS,SI8621EC-B-IS,SI8622BT-IS,SI8621BB-AS,SI8622ED-AS,SI861X,SI8610BD-B-IS,SI8622ET-AS,SI8621BT-IS,SI8620EB-B-IS,SI8622EB-B-IS,SI8622ED-B-IS,SI8622ET-IS,SI8621ET-IS,SI8620ED-B-IS,SI8620BB-AS,SI8621ED-AS,SI8621ED-B-IS,SI8620BT-IS,SI8620EB-AS,SI8621BD-B-IS,SI862X,SI8620BD-B-IS,SI8622BD-B-IS,SI8622EC-AS

April 2018  - SILICON LABS  - 数据手册  - Rev. 1.72 代理服务 技术支持 批量订货 查看更多版本

【产品】3通道超低功耗数字隔离器Si8430、Si8431和Si8435完美应用于工业自动化中

Si8430/Si8431/Si8435 是由Silicon Labs(芯科科技)推出的超低功耗数字隔离器CMOS器件,与传统隔离技术相比,其可提供大量数据速率,传播延迟,功耗,尺寸,可靠性和外部BOM优势。这些产品的运行参数在整个使用寿命期间(额定工作电压下保持60年寿命)以及很宽的工作温度范围(-40~125°C,储存温度为-65~150℃)内都能保持稳定。为便于设计,仅需要VDD旁路电容。

2019-01-04 -  新产品 代理服务 技术支持 批量订货

【产品】隔离器评估板Si87xx-EVB,可实现Si87xx系列数字隔离器四种封装的性能评估

Si87xx-EVB评估板可以使得设计人员快速评估Silicon Labs基于CMOS的LED仿真输入隔离器Si87xx系列。该系列隔离器属于引脚兼容的单通道直接替代性产品,适用于替换目前市场上流行的光耦合器。Si87xx系列数据传输速率高达15 Mbps,其可以隔离高速信号,并且能够提供高性能的优异表现,是传统光耦合器解决方案所无法比拟的。

2018-12-11 -  新产品 代理服务 技术支持 批量订货

Si8650/51/52/55产品介绍

描述- 本资料介绍了Silicon Labs公司生产的低功耗五通道数字隔离器Si8650/51/52/55。这些产品采用CMOS工艺,提供高速数据传输、低功耗、宽工作电压范围等特点,适用于工业自动化系统、医疗电子、电机控制等领域。

August 30, 2016  - SILICON LABS  - 数据手册  - Rev. 1.9 代理服务 技术支持 批量订货
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品类:Wireless Gecko SoC

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品类:Wireless SoC

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品类:8 BIT MCU

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品类:Wireless SoC

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品牌:SILICON LABS

品类:8 BIT MCU

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品类:Wireless SoC

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品类:Mixed-Signal MCU

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波导隔离器定制

可定制波导隔离器频率覆盖5.5GHz~110GHz,插损损低至0.25dB、隔离度、正向方向功率、封装尺寸参数。

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射频无源器件定制

可定制射频隔离器/环行器(10M-40GHz),双工器/三工器(30MHz/850MHz-20GHz),滤波器(DC-20GHz),功分器,同轴负载,同轴衰减器等射频器件;可定制频率覆盖DC~110GHz,功率最高20KW。

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