納芯微宣布推出基于電容隔離技術(shù)的隔離式比較器NSI22C1x系列，該系列包括用于過壓和過溫保護(hù)的隔離式單端比較器NSI22C11和用于過流保護(hù)的隔離式窗口比較器NSI22C12。NSI22C1x系列可用于工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、光伏逆變器、不間斷電源、車載充電機(jī)的過壓、過溫和過流保護(hù)，在提升系統(tǒng)可靠性的前提下，支持更高功率密度的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)簡化外圍電路，相比傳統(tǒng)分立方案，可將系統(tǒng)保護(hù)電路尺寸縮小60%。

以工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為例，其正朝著更高效率、更高功率密度和更高可靠性的方向發(fā)展，同時(shí)伴隨著以 SiC和GaN 為代表的寬禁帶半導(dǎo)體在功率器件上的應(yīng)用，對(duì)系統(tǒng)的可靠性，尤其是過流及短路保護(hù)的響應(yīng)時(shí)間提出了更高的要求。納芯微推出的NSI22C1x系列隔離式比較器可滿足工業(yè)電機(jī)系統(tǒng)對(duì)高可靠性、高效率和緊湊型設(shè)計(jì)日益增長的需求。

超低保護(hù)延時(shí)和超高CMTI，支持更高功率密度設(shè)計(jì)

工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境比較復(fù)雜且惡劣，可能會(huì)出現(xiàn)橋臂直通、相間短路、接地短路等突發(fā)狀況，導(dǎo)致過大的電流流入電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)，從而使驅(qū)動(dòng)器損壞。傳統(tǒng)的過流檢測(cè)設(shè)計(jì)采用通用比較器和隔離光耦的分立方案，響應(yīng)時(shí)間在3~5μs 之間，隨著功率器件從硅基的IGBT轉(zhuǎn)向第三代半導(dǎo)體SiC和GaN，其短路耐受時(shí)間縮短至1μs內(nèi)，傳統(tǒng)方案已經(jīng)無法滿足。

VIN(CH1), VOUT(CH2), VREF=320mV(保護(hù)閾值), NSI22C12保護(hù)延時(shí)實(shí)測(cè)144ns

同時(shí)，通用運(yùn)放/比較器共模電壓耐受能力有限，在DC+過流和相電流過流檢測(cè)等應(yīng)用中較為局限，而如果只監(jiān)控DC-過流，則無法覆蓋到電機(jī)外殼對(duì)地短路的故障情況。納芯微的隔離式比較器NSI22C12提供單芯片式隔離過流保護(hù)方案，能夠覆蓋更全面的故障場(chǎng)景，支持最大250ns的保護(hù)延時(shí)，雙向過流保護(hù)，同時(shí)提供高達(dá)150kV/μs的CMTI(Common-Mode Transient Immunity, 共模瞬態(tài)抗擾度)，大幅提升系統(tǒng)可靠性，支持客戶的工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用更高功率密度的設(shè)計(jì)。

V_IN=0V, V_OUT(CH1), CMTI(CH3)=150kV/μs, VOHmin=2.40V>0.7*VDD2(VDD2=3.3V)NSI22C12原副邊承受高達(dá)150kV/μs的CMTI時(shí)，輸出端仍保持高電平，不會(huì)誤觸發(fā)過流保護(hù)

簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)保護(hù)電路尺寸縮小60%

在工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，基于通用比較器和隔離光耦的過流保護(hù)方案物料清單高達(dá)27顆，由眾多分立器件構(gòu)成的外圍電路的系統(tǒng)失效率相對(duì)更高。NSI22C12隔離式比較器集成了高壓LDO，原邊供電范圍支持到3.1~27V，可幫助客戶節(jié)省額外的降壓器件；同時(shí)，NSI22C12還集成了100μA ±1.5%高精度參考電流源，幫助客戶在外圍電路中可僅憑單顆電阻實(shí)現(xiàn)±20mV~±320mV雙向閾值可調(diào)。

在高集成設(shè)計(jì)的加持下，采用 NSI22C12隔離式比較器的過流保護(hù)設(shè)計(jì)可將物料清單縮減至11顆，系統(tǒng)保護(hù)電路尺寸縮小60%，大大減少了分立器件的使用，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)可靠性。同時(shí)，在一些需要應(yīng)對(duì)快速保護(hù)需求的系統(tǒng)中，采用NSI22C12隔離式比較器的方案可減少高速光耦的使用，為客戶提供更具成本優(yōu)勢(shì)的設(shè)計(jì)選擇。

NSI22C12在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中做母線/相電流保護(hù)典型應(yīng)用框圖

封裝和選型

隔離式單端比較器NSI22C11和隔離式窗口比較器NSI22C12提供支持基本隔離的SOP8封裝和支持增強(qiáng)隔離的SOW8兩種封裝形式。此外，NSI22C1x系列支持–40°C~125°C 的寬工作溫度范圍。目前工規(guī)版本的 NSI22C1x系列已經(jīng)量產(chǎn)，符合AEC-Q100的車規(guī)版本預(yù)計(jì)將于2024下半年上市。