纳芯微电子：电容隔离器件的隔离失效模式

发布时间：2024-08-19 14:08
作者：AMEYA360
来源：纳芯微
阅读量：369

　　电容式隔离产品(如隔离器、隔离放大器、隔离电源产品等)是将输出端与输入端隔离的器件，能够避免两个系统之间出现非预期的直接和瞬态电流，同时确保可以正确地传输信号和功率。例如，隔离器可以转换不同参考电平的信号，保护敏感控制模块免受高电压的影响，并在发生电气故障时最大限度减小故障影响范围。对于此类隔离产品，隔离屏障失效可能导致系统故障，并对操作人员的安全构成潜在威胁。因此，我们将探讨隔离失效模式的作用机制，以及容隔器件的推荐应用方式以避免发生隔离失效。

　　1. 隔离失效模式的作用机制

　　1.1.电容隔离器的结构

　　图1显示了一个串联电容隔离器的结构。其中，不同裸片上各配置一个串联隔离电容器，同时厚度超过28μm的SiO2隔离介质可以实现加强绝缘。与其他绝缘材料(如环氧树脂、聚酰亚胺等)相比，SiO2具有高可靠性和高介电强度等优点。

纳芯微电子：电容隔离器件的隔离失效模式

　　根据电容隔离器的结构，本文探讨了两种可能的失效模式，帮助用户了解隔离失效的原因。

　　1.2. 失效模式1：隔离屏障两端过压

　　第一种失效模式为隔离屏障两端过压，如图2(a)所示。当施加在隔离侧的电压超过隔离耐受电压时，就会发生该种失效。图2(b)为第一种隔离失效模式的图片。

纳芯微电子：电容隔离器件的隔离失效模式

　　在破坏性试验中，在绝缘电压VISO=13kVrms的条件下，依据UL1577对NSI1300D25样片进行了试验。由于电气过应力，隔离电容器被损坏并发生短路。为了避免发生此类失效，建议选择满足系统电压等级并具备足够裕量的隔离产品。纳芯微电容隔离产品具备业界领先的隔离性能。由于具备更高裕量，该类产品能够帮助用户进一步降低发生失效模式1的风险。

纳芯微电子：电容隔离器件的隔离失效模式

　　1.3. 失效模式2：隔离器一侧高功率

　　第二种失效模式是隔离器一侧发生高功率，如图3(a)所示。在安全限值(即工作条件的边界范围)内，即使功能丧失，仍能保持绝缘性能。当隔离器在超出安全限值的工况下工作时，会发生第二种失效模式，比如短路、过度静电放电(ESD)和功率晶体管击穿等，导致电路遭受严重的结构损坏。如果隔离器中的异常高电压和大电流持续一段时间，与隔离电容器集成在同一芯片上的电路和元件会因过度热应力而受损，导致隔离电介质损坏。

纳芯微电子：电容隔离器件的隔离失效模式

　　这种失效会影响受损芯片的隔离性能。在纳芯微的电容隔离技术中，通过在两个独立芯片上各串联设置一个分离式电容器实现增强隔离。当发生第二种失效模式时，隔离电容器的一侧可能受损，而另一侧仍然完好，负责提供基本隔离功能。

　　图3(b)为第二种隔离失效模式的图片。样片为经过VDD到GND电气过应力(EOS)试验后的NSI8131器件。左侧芯片的隔离电容器受到了周围受损电路的影响。受损样片仍能满足UL1577标准规定的3kVrms的绝缘电压要求。在此情况下，操作员的安全风险仍然可以避免。

纳芯微电子：电容隔离器件的隔离失效模式

　　2. 应用示例

　　本节我们以典型电机驱动系统为例，探讨如何通过选择和应用电容隔离器以避免发生上述两种失效模式。

　　图4所示的典型电机驱动系统将交流电网转换为电机驱动输出。该系统由整流电路、逆变电路以及主控微控制器(MCU)组成。用户可以通过通信总线访问控制模块MCU。为了满足安全需求，人机界面(HMI)与高压和功率电路之间必须设置绝缘屏障。电压和电流感测芯片提供隔离信号，实现闭环控制和系统保护。隔离驱动将脉宽调制(PWM)信号转换为IGBT模块的隔离驱动信号。隔离屏障的设置旨在满足功能要求、安全要求或两者兼有。

　　IEC 61800-5-1标准规定了电机驱动系统中隔离的安全要求。选择隔离芯片用于满足系统电压、暂时过压、冲击电压、工作电压、间隙、爬电距离等要求，并预留足够的裕量。裕量越大，隔离可靠性越高。

纳芯微电子：电容隔离器件的隔离失效模式

（备注：文章来源于网络，信息仅供参考，不代表本网站观点，如有侵权请联系删除！）

上一篇：江苏润石：RS90LV011/RS90LV012单路差分信号发送/接收芯片

下一篇：佰维存储推出工业级宽温SD Card & microSD Card，高效稳定录影不掉帧

在线留言询价

相关阅读
纳芯微出席第十四届电动汽车标准法规研讨会，以模拟芯片创新赋能汽车电气化
企业动态

纳芯微出席第十四届电动汽车标准法规研讨会，以模拟芯片创新赋能汽车电气化

　　2024年8月14-15日，由中国汽车技术研究中心有限公司中国汽车标准化研究院主办、东风汽车集团有限公司研发总院联合主办的第十四届电动汽车标准法规研讨会在武汉召开。来自国内外整车企业、零部件企业、检测机构、科研机构及高校等单位的近300位专家参加了本次会议。　　纳芯微技术市场经理谭园应邀出席会议，并以“汽车电气化浪潮下模拟芯片的演进趋势”为话题发表演讲，向与会嘉宾分享了纳芯微模拟芯片技术创新如何赋能汽车电气化。　　纳芯微技术市场经理谭园应邀出席会议并发表演讲　　汽车电气化不仅改变了汽车的动力形式，也深刻影响了汽车的电子电气架构和功能。芯片作为汽车电气化的核心，其需求量正不断提升。据统计，一辆新能源汽车平均使用1500多颗芯片，是传统燃油车芯片用量的两倍;另一方面，越来越高压化的电驱动系统也对芯片性能提出了新的要求：更高的功率密度、更高的功能安全等级、更可靠的抗扰能力、更优化的系统成本…这些新的要求为汽车芯片发展带来挑战的同时，也创造了巨大的机遇。　　纳芯微汽车电子解决方案总览　　凭借在汽车领域的深耕细作，纳芯微已实现了全面的汽车芯片产品布局，可在新能源汽车主驱逆变器控制、车载充电机(OBC)、直流充电机(DC-DC)、电池管理系统(BMS)以及热管理系统中提供涵盖传感器、信号链、电源管理等完善的芯片产品，包括数字隔离器、隔离驱动、隔离采样、传感器、接口、高低边开关、电子保险丝、固态继电器、电机驱动、高集成度的SoC等，以一站式解决方案支持客户的系统创新。　　此外，纳芯微还积极推动中国汽车芯片高质量发展。作为汽车芯片标准体系建设研究工作单位之一，纳芯微也积极参与《汽车芯片环境及可靠性通用规范》、《电动汽车用功率驱动芯片技术要求及试验方法》、《汽车LIN收发器芯片技术要求及试验方法》等多项国家标准、行业标准的起草和修订，与行业伙伴共同推动汽车电子等行业的质量提升和技术创新。面向国际，纳芯微也积极融入全球产业生态，加入AEC(Automotive Electronics Council)汽车电子委员会，成为AEC组件技术委员会成员，与国际权威标准组织的对接将助力纳芯微进一步提高车规级芯片研发和质量管控能力。　　2024年上半年，纳芯微汽车电子领域收入占比33.51%，出货量达1.33亿颗，汽车客户覆盖所有主流新能源车企和Tier-1供应商。谭园表示，纳芯微致力于成为汽车产业首选的供应链合作伙伴，以系统级理解、整体解决方案、多年车规芯片量产经验和稳定的质量表现，助力汽车客户提升差异化竞争力，共赢市场机遇，共赴绿色可持续的电动化未来。
2024-08-23 13:01 阅读量：355
全链国产，全系覆盖，全面认证！纳芯微高边开关系列重磅发布！
行业新闻

全链国产，全系覆盖，全面认证！纳芯微高边开关系列重磅发布！

　　纳芯微今日宣布推出高边开关产品系列NSE34XXXS/D/Q和NSE35XXXS/D，其具备行业领先的带载能力和完善可靠的诊断保护功能，适用于驱动车身BCM等系统中各类传统的阻性、感性和卤素灯负载，同时也充分适配区域控制器ZCU中一/二级配电下常见的大容性负载。　　产品亮点　　•依托全国产化自主可控供应链设计和制造，在单车用量最大的汽车模拟芯片品类上，实现“全链国产”。　　•提供1/2/4通道选择，提供同时兼容PSSO-16/PSSO-14的封装选择，导通电阻范围横跨8mΩ至140mΩ，满足“全系覆盖”。　　•符合AEC-Q100-012短路可靠性能力Grade A、ISO7637/ISO16750、CISPR25-2021 Class 5等多种测试要求，完成“全面认证”。　　产品能力详解　　电流/通道/封装 — 灵活可选　　纳芯微推出的高边开关系列提供1/2/4通道选择，导通电阻范围为8mΩ至140mΩ。客户可以根据不同负载大小灵活选择最适合的产品，从而优化系统性能和可靠性。　　阻/容/感各类负载 — 轻松应对　　◆ 阻性负载：额定通流带载能力　　高边开关应用中，芯片的额定通流能力是选型的最重要考量之一，其本质是考验高边开关芯片的自身阻抗大小及封装散热能力。阻性负载，如座椅加热中的电阻丝，对芯片的额定通流能力有明确的指标要求。以下汇总了纳芯微高边开关各产品型号的额定负载性能参数(测试环境:TA=85℃)：　　◆ 容性/卤素灯负载：浪涌电流应对能力　　在汽车系统中，启动容性负载和冷态卤素灯时常会面临高浪涌电流的严峻挑战。纳芯微高边开关系列凭借业内领先的过流保护能力，能够有效应对各种浪涌电流。以NSE35系列为例，以下是其能够稳定驱动的容性负载大小和卤素灯类型(TA=-40℃)　　◆ 感性负载：过压钳位保护能力　　电磁阀、雨刮器、继电器等感性负载也是汽车电子系统中常见的负载类型。在感性负载关断时，由于路径上需要续流，高边开关的输出会出现几十伏、甚至更大的与感性负载退磁能量正相关的负电压，这会给内部功率MOSFET的漏-源极带来巨大的电应力。如果无过压保护措施，功率MOSFET可能会面临损坏的风险。因此，纳芯微高边开关全系集成了针对感性负载的过压钳位保护，以确保在各种应用场合下系统的稳定安全运行。　　可靠性/电磁兼容性 — 饱和验证　　纳芯微高边开关通过了一系列应用方面的测试，可确保该产品系列在各种场景下的稳定性和可靠性，包括但不限于：　　•符合AEC-Q100标准的车规可靠性测试要求　　•符合AEC-Q100-006标准的车规可靠性加严测试要求　　•符合AEC-Q100-012标准的开关器件短路测试要求：短路寿命大于一百万次，达到Grade A　　•符合ISO 7637/ISO 16750标准的电源瞬态抗干扰测试要求　　•符合CISPR 25-2021 Class 5标准的EMI测试要求　　车身域控制器应用的未来，纳芯微与您同行!在现代汽车的电气化和智能化进程中，车身域控制器作为核心模块，扮演着愈发重要的角色。　　从供电管理到功率驱动，纳芯微可为客户提供包括高边开关在内的完整车身域控制器半导体解决方案，覆盖各个关键环节，实现了智能配电与功能整合，支持灵活的软件配置和整车智能诊断，助力汽车客户在智能化发展道路上稳步前行!
2024-08-19 14:59 阅读量：354
纳芯微：电源“芯”世界，车载LDO一站式解决方案手册
行业新闻

纳芯微：电源“芯”世界，车载LDO一站式解决方案手册

　　欢迎来到纳芯微电源“芯”世界!作为基础和桥梁，电源芯片存在于汽车电子电气架构的每个功能执行单元，其重要性不言而喻。在这个全新的系列中，我们就将带您深入探索最新、最前沿的电源管理技术，为您带来专业的解决方案和实用的干货知识解读。　　聚焦车载LDO，为您呈现一站式解决方案的独特魅力!　　车载LDO的五大分类　　在汽车电子系统中，LDO的稳定性和可靠性至关重要。我们的车载LDO一站式解决方案涵盖以下五大分类，确保满足各种应用需求。　　一级LDO　　功能：一级电压调节，提供稳定的中间电压。　　应用：电池供电系统的初级稳压等　　二级LDO　　功能：进一步精确调节电压，提供低噪声、高精度输出。　　应用：微处理器和精密模拟电路等　　天线LDO　　功能：为天线和无线通信模块提供低噪声、高稳定性的电源。　　应用：车载无线通信设备、GPS模块等　　电压跟随器LDO　　功能：稳定电压传输，缓冲和隔离不同电路。　　应用：减少电路干扰和噪声的应用场景等　　看门狗LDO　　功能：集成看门狗定时器，监控系统运行状态。　　应用：提高系统可靠性和安全性，防止系统失灵等　　纳芯微在以上不同品类LDO的设计和性能上都具备独特优势，如低静态功耗、高电源抑制比(PSRR)、低噪声、优异的瞬态性能等，能够全面提升汽车电子系统的可靠性和效率，确保系统在各种环境下的稳定性和性能。
2024-08-06 09:47 阅读量：456
纳芯微高集成单芯片SoC如何高效智能控制车载步进电机？
行业新闻

纳芯微高集成单芯片SoC如何高效智能控制车载步进电机？

　　随着现代汽车电子技术的快速发展，步进电机作为一种精确且可靠的执行元件，在汽车电子系统中的应用日益广泛。为了实现车载步进电机应用的精确控制，纳芯微推出了集成LIN和MOSFET功率级的单芯片车用小电机驱动SoC——NSUC1610，可以帮助客户实现安全可靠的车载电机控制。　　本文将结合步进电机的结构与驱动方法，重点介绍基于NSUC1610的步进电机控制原理及其实际应用　　步进电机结构及其驱动方法　　与人们熟知的大部分电机一样，步进电机的结构也是由定子和转子组成。转子由轴承、铁芯、磁钢等构成。转子铁芯带有齿轮，是步进电机单部步距的行程;定子是由铁芯、定子绕组和支撑结构构成。　　步进电机结构　　根据绕组方式，步进电机主要分为两大类：一类是单极性步进电机，它是由带中心抽头(公共线)的单绕组组成，其电流均由1、2、3、4四根线的相线流入中心抽头公共线，因此电流方向是单向的。另一类是双极性步进电机，由没有中心抽头的绕组构成，其电流方向是双向的。　　步进电机的分类　　单极性步进全步运转示意图　　单极性步进电机和双极性步进电机的驱动方式不尽相同，上图中单极性步进电机的A、B、C、D分别是两相四线，5为抽头的公共线。在驱动电机全步运行时，步骤如下：　　第一步：　　A相通电，B、C、D相不通电，A相产生磁场，且磁极是S极，吸引转子的N极;　　第二步：　　A、B相全部通电且电流相同，产生相同的磁极，两个S极磁场矢量合成，吸引转子向A、B相之间旋转;　　第三步：　　B相通电，A相断电，B相产生磁场，且磁极是S极，吸引转子的N极;　　第四步：　　B、C相通电且电流相等产生相同的磁性，两个S极磁场矢量合成，即可吸引转子向BC相之间旋转。　　依次类推五六七八步，使整个步进电机旋转起来。　　双极性步进全步运转示意图　　双极性步进电机的驱动是直接驱动A+、A-、B+、B-两相四根线来实现运转的。步骤如下：　　第一步：　　A相通电，B相不通电，A相产生磁场且A+磁极是S极，A-磁极是N极，吸引转子的N极至A+，S极至A-;　　第二步：　　A、B相全部通电且电流相同，产生相同的磁极，两个S极的N极磁场矢量合成，吸引转子N极向A+、B+相之间旋转;　　第三步：　　B相通电，A相断电，B相产生磁场且磁极是S极，吸引转子的N极至B+;　　第四步：　　B相通电，A相断电且电流相等，产生相同磁性，两个S极磁场矢量合成，吸引转子N极，向B+、A-相之间旋转。　　依此类推五六七八步，整个步进电机便旋转起来。　　基于NSUC1610的步进电机控制　　纳芯微NSUC1610采用数字恒流控制技术，由PWM 100%控制每个周期的电流输出，实现对输出电流的精确调节。这意味着，在输出电流未达到设定电流值之前，PWM输出on，一旦达到设定电流值便输出off;如果在输出off之后的输出电流低于设定值，就会在下一个周期重新输出高电平，继续增加输出电流，以便在PWM输出off时使电流及时衰减至设定值。　　硬件电流控制　　NSUC1610的电流控制采用三种衰减方式，以适应不同类型和需求的步进电机。第一种是慢衰减(slow decay)方式，打开电流输出时，上桥臂输出PWM波，下桥臂输出常高;关闭电流时，关闭上桥臂，下桥臂保持常高，通过MOSFET的体二极管实现泄放。这种方式是将电流的电能转化为热能，但泄放能力有限。　　异步慢衰减　　第二种是快衰减(fast decay)方式，打开电流输出时，上下桥臂均输出PWM波;关闭电流输出时，通过打开反向的上下桥臂，直接将能量泄放至电源充电，此时泄放能力较大。　　同步快速衰减　　第三种是混合衰减(mix decay)方式，它结合了前两种方式，一段时间采用慢衰减方式，一段时间采用快衰减方式，并调控两者的时间比例。　　至于具体采用哪一种衰减方式来衰减电流，需要根据电机的电感参数及电机的转速等合理选择。　　混合衰减　　在采用NSUC1610驱动双极性步进电机时，只需将电机的A+、A-、B+、B-四根线直接与MOUT0、MOUT1、MOUT2、MOUT3相连，VSS、ISNS管脚直接接地，外围电路只需加一些必要的电容、电阻及二极管等被动元件，即可实现用单芯片控制双极性步进电机，同时还可以实现与LIN主机的通信，大大地提高系统的集成度和可靠性。　　基于NSUC1610的步进电机图　　从步进电机的驱动原理来看，通过给电机的两相通上交流电流即可使电机旋转。实际上，这是比较粗糙的步进电机控制方式，这种控制方式产生的电流突变点较多，转距不恒定，旋转也就不太平顺。　　为了让电机较为平顺丝滑地旋转，通常采用微步驱动方式。微步驱动方式不同于全步驱动方式，它是在8步全步中去掉了4步，插入了中间点临界电流，即0电流。通过不断类推，不断插入中间电流，即可减小电流突变，细化电机的电流变化，使之接近正弦，从而实现微步。微步的目标是产生A、B相位差90°的正弦电流。　　微步原理　　NSUC1610利用数字恒流控制实现了微步正弦电流控制，具体实现原理是采用比较器恒流控制。方法是在正端接入一个桥臂电流采样信号，负端接入一个DAC输出电压信号，在每一个微步控制期间触发固定的DAC输出。　　如果桥臂电流信号大于DAC，则打开相应的桥臂输出;如果桥臂电流小于DAC值，则关闭相应的桥臂输出，这样即可实现每一个微步期间的闭环恒流控制。在整个步进区间中，根据正弦公式改变DAC输出，即可实现电流信号的正弦输出，从而实现步进电机的微步控制。　　步进电机微步电流控制　　在电机旋转过程中，会出现一定概率的堵转而导致电机失步。为了检测电机是否出现堵转失步，可以通过测量电机的反电动势来判定。由于电机的反电动势与其转速成正比，因此需要为测量到的反电动势设定一个合理的阈值，小于设定阈值即可认为电机出现了失步。　　在整个电流控制区间，电机的反电动势大部分是不可测量的。只有当电流为0，桥臂没有导通驱动电机时，测量的两个桥臂电压才是真实反电动势。　　步进电机失速检测　　电机的启动和停止时速度为0，如果直接满速启动或停止，那么电机的启停就会很突然，出现不平顺。为了实现较为平缓的速度控制，可以采用梯形加减速的方式实现位置控制。由于速度控制的曲线是梯形，位移曲线就是S型。从图中可以看到，电流波形在加速减速阶段较为稀疏，而在匀速阶段较为密集。一般步进电机停止前，会有一段大的稳定电流，旨在防止电机转到目标位置时出现过冲;接着进入hold状态，利用一个小的hold电流可使扭矩保持不变。　　步进电机位置控制　　更高效智能的车载步进电机控制　　通过采用数字恒流控制技术，NSUC1610实现了对步进电机电流的精确调节，以适应不同类型和需求的步进电机。NSUC1610还支持微步驱动方式，使步进电机的旋转更加平顺丝滑。
2024-08-01 09:05 阅读量：335
热门分类
盒子，外壳，机架 电缆，电线 电路保护 连接器，互连器件 开发套件 机电产品 嵌入式解决方案 风扇，热管理 光电元件 其它 无源元件 电源 半导体 传感器，变送器 测试与测量
  • 一周热料
  • 紧缺物料秒杀
型号 品牌 询价
RB751G-40T2R ROHM Semiconductor
MC33074DR2G onsemi
TL431ACLPR Texas Instruments
CDZVT2R20B ROHM Semiconductor
BD71847AMWV-E2 ROHM Semiconductor
型号 品牌 抢购
ESR03EZPJ151 ROHM Semiconductor
TPS63050YFFR Texas Instruments
BP3621 ROHM Semiconductor
STM32F429IGT6 STMicroelectronics
BU33JA2MNVX-CTL ROHM Semiconductor
IPZ40N04S5L4R8ATMA1 Infineon Technologies
热门标签
ROHM
Aavid
Averlogic
开发板
SUSUMU
NXP
PCB
传感器
半导体
原厂授权品牌
更多授权品牌>>
资讯排行榜
  • 周排行榜
  • 月排行榜

相关百科
关于我们
AMEYA360微信服务号 AMEYA360微信服务号
AMEYA360商城(www.ameya360.com)上线于2011年，现 有超过3500家优质供应商，收录600万种产品型号数据，100 多万种元器件库存可供选购，产品覆盖MCU+存储器+电源芯 片+IGBT+MOS管+运放+射频蓝牙+传感器+电阻电容电感+ 连接器等多个领域,平台主营业务涵盖电子元器件现货销售、 BOM配单及提供产品配套资料等，为广大客户提供一站式购 销服务。