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保险丝的额定电压:这个关乎安全的指标,使用时不可大意!

关键词:  保护, 电源管理

问:保险丝额定电压,需要使用电压更高的保险丝吗?

保险丝电压的额定值应根据它们可以安全施加至交流和/或直流电路的电压来确定。保险丝可以在低于或等于其额定电压的任何电压下工作。


用于交流电路的保险丝和安装在直流电路中的保险丝具有不同的性能。通常,保险丝的额定交流电压与公用事业电源一致,如110V、240V、415V等。这表示保险丝适用于这些标称电压,并且其电压可以比标称额定值高15%。

但是请注意:保险丝不得超过额定直流电压。保险丝对额定值内的电压变化不敏感,因此严格来说,选择适当的额定电压是一个安全问题。

更多与保险丝相关的技术信息, 请查看以下内容:



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快速连接母端子选型:教你几个小技巧!

关键词: 连接器, 选料

问:如何选择快速连接母端子

在选择快速连接端子时,最好使用制造商推荐的端子。以EAO的一个开关 84-8511.9620 为例,如下图数据表中所示:


理想情况下,我们总是能够遵循这条经验法则,但实际情况往往不太“理想”。如上图所示,其中有两个尺寸分别为2.8mm和0.8mm——第一个是插入选项卡的宽度,第二个是插入选项卡的厚度。根据这些测量值,我们可以在【端子 – 快速连接,快速断开连接器| Digi-Key】页面中找到等效的连接器。

如果您找不到所需的确切尺寸,可以使用较小的尺寸,但连接时不会那么紧密,因此我们需要检查它是否适用于目标应用。

如果需要按大小或其他参数来查找合适的快速连接,可以使用Digi-Key网站上的参数筛选器,如下面所示:




更多有关连接器的技术信息, 请查看以下内容:



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为高频应用选晶振:相位噪声的概念,你必须深入了解一下!

作者:Alan Yang

关键词:晶振,信号,选料

很多高频应用,比如锁相环、5G应用,都离不开时钟信号。而这些高频应用的相位噪声往往是一个项目成败与否的关键因素。本文通过比较理想时钟信号与实际时钟信号,讲解相位噪声的概念;然后介绍相位噪声的两个关键指标——误差矢量幅度(EVM)与VCO阻塞;最后介绍应该如何选择低相位噪声晶振。

理想时钟信号与实际时钟信号的比较

很多高频应用都离不开时钟信号,下图是一个典型的时钟信号的下降沿。理想中的时钟信号如下图红线所示,而实际的时钟信号如下图紫色线条所示。


图1:典型的时钟信号的下降沿(图片来源:ADI)

同样对于正弦波来说,理想的正弦波在频率下对应一个频率信号,如下图红线所示。而实际由于噪声和杂散频率的存在,正弦波在频域图像如下图右边蓝线所示。


图2:典型正弦波信号(图片来源:ADI)

通常为了正确测量相位噪声,我们常会用到的两种仪器:



相位噪声的概念

我们以锁相环PLL的LO(本振频率)输出为例,来看看相位噪声的概念。相位噪声是指当信号到达系统接收端时,由于意外超前或滞后而产生的噪声。

理想的LO输出,是没有噪声或额外杂散频率的。


图3:理想LO输出(图片来源:ADI)

但在实际应用中,相位噪声像裙摆一样出现在载波边缘,如下图所示。


图4:实际LO输出(图片来源:ADI)

对于单边带相位噪声的定义是:在某一偏移频率处,在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值。

单边带相位噪声:

,单位以dBc/Hz来表示。



我们可以将相位噪声数据绘制到相对RF载波的频率偏差中。


图5:相位噪声绘图方法(图片来源:ADI)

除了单边带相位噪声,对于通信系统,从PLL角度来看,误差向量幅度(EVM)和VCO阻塞也经常被使用。

误差向量幅度(EVM)

误差向量幅度(EVM),定义为误差矢量信号平均功率的均方根值与理想信号平均功率的均方根值之比,并以百分比的形式表示。EVM越小,信号质量越好。这个指标能全面衡量调制信号的幅度误差和相位误差。EVM可被认为是理想调制信号相对于理想点的性能降幅百分比。


图6:可视化相位误差(图片来源:ADI)

使用信号分析仪可以有效测量EVM、积分相位噪声、均方根相位误差和抖动等。

VCO阻塞

对于5G应用来说,VCO阻塞规范在需要考虑存在强发射的蜂窝系统中非常重要。如果接收器信号很弱,并且VCO噪声太高,那么附近的发射器信号可能会向下混频,淹没目标信号。


图7:VCO噪声阻塞(图片来源:ADI)

上图演示了如果接收器VCO噪声很高,附近的发射器(相距800kHz)以-25dBm功率发射时,是如何淹没-101dBm目标信号的。这些规范构成无线通信标准的一部分。阻塞规范直接影响VCO的性能要求。

低相位噪声晶振

在高频设计中,我们所采用的晶振主要是石英晶振。一些外界因素(比如温度),会影响晶振的稳定。Digi-Key网站提供详细的晶振参数供大家筛选(详见Digi-Key晶振),而对于相位噪声这个性能指标的筛选,大家可以关注“频率稳定性”这个参数。


图8:Digi-Key晶振选型页面中的“频率稳定性”参数

另外,晶振类型也是一个很重要的因素,如下图所示:


图9:Digi-Key晶振选型页面中的“类型”参数

以下是我们对常见晶振类型特性的总结:

晶振类型 特点 应用
XO : 标准晶体振荡器 最基本的一种是晶体振荡器 应用广泛
TCXO : 温度补偿振荡器 进行温度补偿,使得输出频率更加稳定 适用于环境温度变化较大的场合,动态环境的应用,如蜂窝电话,智能手机等
VCXO: 压控振荡器 输出频率由输入电压控制 常见于锁相环,混频器,讯号产生器等
OCXO: 恒温晶体振荡器 使晶体振荡器的温度保持恒定,从而使得输出频率更加稳定 常见于对于频率稳定性要求比较高的场合

如需了解晶振相关的内容,可以点击查看下面这个帖子——电子元器件选型基础-晶振。

本文小结

从噪声角度来讲,信号链的目标就是使振荡器相位噪声曲线的劣化程度最小化。因此在这些高性能系统中,对于晶振的要求也更高。所以为目标应用选择合适的晶振,可以让设计事半功倍。

如果你喜欢这篇文章,认为它对你的设计开发工作有所帮助,就请“分享+点赞”吧!

更多关于噪声的技术文章,请点击以下链接,也欢迎大家在文未留言讨论。



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一周新品推荐:Littelfuse微型10W磁簧继电器和Maxim稳健型CAN收发器

本期Digi-Key Daily向大家推介两款产品——Littelfuse微型10W AC/DC磁簧继电器和Maxim MAX33012E稳健型CAN收发器。

产品一:Littelfuse SIL/DIP封装微型10W AC/DC磁簧继电器

在执行电路开关操作的继电器中,磁簧继电器比机电式器件的线圈功耗更低,在不影响灵活性的同时,可以显著节省空间和成本,因此应用范围日趋广泛。

Littelfuse的微型磁簧继电器采用5V、12V和24V标称线圈电压来启动继电器,包括有单列 (SIL) 和双列 (DIP) 两种封装形式,由于采用全密封方式,开关触点不易受环境影响,因此是工艺控制系统、仪器仪表、自动测试设备(ATE)和电信设备等应用的理想选择。

这些提供多种触点配置,不单极单掷 (SPST) 常开 1A 触点形式、单极双掷 (SPDT) 1C 触点形式,以及高压单极单掷 (SPST) 常开 (NO) 和 1A 触点形式,最大开关功率为10W,高压磁簧继电器最大开关电压最高为300VDC。

总之,这些Littelfuse的微型磁簧继电器可以为用户提供一种在功耗、成本、外形和可扩展性等方面更具优势的开关控制解决方案。

了解Littelfuse SIL/DIP封装微型10W AC/DC磁簧继电器的更多信息,请看以下视频:



产品二:Maxim MAX33012E稳健型CAN收发器

CAN是一种能够实现分布式实时控制的串行通信网络,由于具有很多优秀的特点,因此它被广泛应用在汽车和工业等领域。而这些目标应用也决定了,用户对于CAN总线的稳健性会有更为严苛的要求。

MAX33012E就是Maxim推出的一款+5 V CAN收发器系列,具有针对工业应用的集成保护功能。它在CAN总线上为需要过压保护的应用提供±65V故障保护及检测功能;这一CAN收发器系列还具有高达±45kV的人体模型ESD保护,以及±25V的共模输入范围——超过了ISO11898规范中的-2 V至+7V。

MAX33012E还具有故障检测特性,能够检测CAN高和CAN低线路的故障,包括过流、过压和传输故障。该器件通过传送特定的故障代码,提醒下场维修服务人员注意,从而减低保养、维修和设备停机产生的高额费用。

了解Maxim MAX33012E稳健型CAN 收发器更多信息,请看以下视频:


Digi-Key Daily短视频

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盘点:Molex年度连接新品,最值得关注的有哪些?

在智能互联的世界中,不同的电子产品之间,以及同一电子产品中不同组件之间,都需要可靠而高性能的互连方案,才能够彼此连接构成一个完整的体系,创造更大的价值。

Molex作为一个全球团队,致力于开发创新的技术和产品,来改变未来和改善人们生活,使互联世界成为可能。Molex通过强大的创新、卓越的工程设计和世界一流的制造能力,帮助客户实现突破性的大规模连接,掌握变革,获得意义重大的进步。

每年,Molex都会发布大约50种新产品,包括Molex产品组合的新增产品和现有产品系列的扩展产品。以下为其中的代表产品:

Mini-Fit外壳和接头

Molex推出了Mini-Fit系列的多种外壳和接头,包括Sigma、Versa和Max类别。Mini-Fit外壳可确保连接器与操作方便的指调闩锁完全配接,也有助于防止意外松脱。Mini-Fit连接器系列提供面板安装和垂直接头配置,可通过应用表面或面板保持额定电流。

电缆组件

Molex的成品电缆组件不断扩容,最近推出了多项新产品,包括环氧涂层NTC热敏电阻、Super Sabre、Pico-Blade,和EXtreme Guardian包塑电缆组件。这些成品电缆组件通过提供一种符合IPC设计规范的完整组件,帮助客户解决工具的启动成本问题。

天线

从概念设计到产品完工,Molex在天线技术方面拥有丰富的经验。这种专业知识为即用型射频天线提供了一流的解决方案,可显著缩短工程时间。Molex的天线产品结构紧凑,性能出众,提供适用于常见天线协议和频率的多种外形尺寸。Molex的最新天线产品系列包括外部LoRA天线、金属Wi-Fi天线, 以及多集线器5合1天线。

PCB连接器

Molex广泛的PCB连接器产品进一步扩容,引入了板对板和柔性电缆选型。5G毫米波柔性电缆对板连接器为高速和极端射频应用提供出色的信号完整性。这些连接器提供稳健的插接功能,节省PCB空间,非常适合于移动和其他通信设备。

Premo-Flex扁平柔性电缆跳线,有One-Touch和屏蔽型版本,提供耐用且具有更高灵活性的PCB连接解决方案,使得设计工程师能够最大限度地利用PCB空间,在提高交付的可靠性的同时降低元件成本。

高功率连接方案

Molex提供多种高功率连接解决方案,可在要求更苛刻的应用中提供大电流性能。

PowerPlane母线电源连接器可提供卓越的电气性能,并采用浮动安装设计,便于进行盲插。PowerPlane母线是消费类、数据中心、网络和工业应用的理想之选,并可以直接替代其他竞争对手的产品。

此外,Molex还发布了Sentrality大功率插针和插座连接器。该互连系统引入了针眼 (EON) 压接插座,这是一种夹层式板对板和板对母线连接器,可提供自对准功能且无需焊接,极大地增强了设计灵活性。

压接工具

Molex的优质压接工具可确保Molex产品的正确端接,这对任何设计都至关重要。Molex的FCT压接工具包括各种机械、气动和液压压接工具,以及相关的插件/夹具。

工业解决方案

Molex的Woodhead ArcArrest 60A开关级连接器系统可在电流高达60A的情况下断开负载,并且可以承受由此产生的电弧而不会受损。

→ 想要进一步了解Molex突破性的连接产品,如何赋能互联世界,请点击这里>>



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万用表电压读数不正确?本文帮你确定原因,快速修复!


关键词:  测量仪表, 测量

问:万用表读数不正确,如何修复

使用万用表在读取电压时,您可能会注意到,在一个已知的电压源上,万用表电压读数波动剧烈或不正确,这通常是内部保险丝熔断的迹象。这时需要测试保险丝是否导通,并根据用户手册推荐的保险丝更换。

如果保险丝在某一电流设定下熔断,这时在被测的串联电路中,测试数值不会有任何波动。请再次测试保险丝是否导通,并根据用户手册推荐的保险丝更换。

如果更换保险丝无法解决问题,您可能就需要买个新的万用表了。



Digi-Key可以提供相应的保险丝产品供大家选型,请点击以下链接查看:

更多有关万用表的技术信息, 请查看以下内容:



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一文读懂mPPE无卤素线缆:环保成本低,性能不打折!


关键词: 线缆, 规格

问:卤素、非卤素和mPPE绝缘材料的优势

下图显示了过去在人们的心目中,对于无卤素电线“负面面特性”的一些认知,直到mPPE电线的出现,才让人们对于无卤素电线的认识大为改变。

当需要无卤素且节省空间的电线外层绝缘材料时,mPPE通常是首选。




与卤素材料相比,无卤素材料往往因其效率低、电气性能差,饱受诟病。而含有卤素的绝缘材料则被认为是高效的,且介电性能更强。尽管存在环境问题,但卤素绝缘材料易于加工处理的特性也使其更容易使用。

因此之前,人们通常会认为消除卤素是会以牺牲绝缘材料的性能为代价的,会导致产品质量低劣。而且在技术选型时,环境效益还不具备足够的分量迫使人们考虑无卤素这种替代方案。而现在;mPPE绝缘材料的出现,则可以兼具卤素和无卤素绝缘材料的优点,克服传统无卤绝缘材料的不足。

最近,无卤素材料已被列入规范,尤其是在欧洲。比较前四个标准,非卤素似乎毫无意义;但是,它们在提供无烟或无酸电缆方面具有重要价值。卤素包括氟、氯、溴、碘和砹,这些元素具有高度的反应性,可能对人和动物有害。卤素塑料燃烧时会释放出氯化氢、氟化氢和其他危险气体,这些气体除了对人类和动物有毒性外,对金属也有很强的腐蚀性。

而“低烟、无卤”电缆能够消除人们对于使用危险卤素的担忧,但其仍然有一些在环境效益方面的局限性——LSZH不能方便地回收和再利用。和PVC绝缘材料一样,它不会在垃圾填埋场中安全分解。

mPPE是改性聚苯醚,是一种热塑性塑料,就像它的PVC竞争对手一样,可以反复加热并在加热时形成任何形状。mPPE绝缘材料首次用于汽车行业,为60%的车辆提供了一种环保和性能增强的PVC替代品,同时能够减轻重量,这也是提高车辆燃油效率的一个重要特征。这种新材料因其在汽车行业以外的应用优势,迅速引起了业界的关注。

当被应用在连接线和多芯电缆上时,mPPE有助于产生更小、更轻的电线或电缆。这是可能的,因为mPPE绝缘具有优越的介电强度,允许减小壁厚,同时仍能够保持相同的电气性能。mPPE绝缘比重为1.03,比PVC、FEP和XLPE等其他绝缘材料低25%至50%。这不仅有助于减少壁厚,而且更低的比重使mPPE绝缘电线和电缆比标准PVC轻65%。

mPPE也是一种非常耐用的材料,其耐磨性是标准PVC绝缘材料的10倍。考虑到mPPE电线和电缆的护套厚度实际上比PVC薄得多,这一点令人印象深刻。mPPE绝缘材料可以切碎并重复使用,无需添加任何原始材料,即可实现100%可回收。这有助于设计工程师在产品开发时遵守废弃电气和电子设备以及RoHS指令,以消除有害物质并实现可回收性。

在环境问题日益严重、相关法规日益增多的今天,常见热塑性塑料和氟碳化合物绝缘材料也存在严重的环境限制,在选择它们之前应予以认真考量。虽然PVC绝缘材料可能是一种节省成本的选择,但这种化合物在环境方面的缺点会让用户付出巨大代价。PVC树脂、增塑剂、稳定剂和填料都是PVC绝缘材料中常见的,它们与癌症风险的增加相关。

mPPE绝缘材料还可在-50°C至105°C的温度范围内提供保护。减小的组件尺寸有助于确保其可在更紧密的空间中使用。热门可以对其进行加工,以提高其应用的灵活性,甚至可以用于需要弯曲的应用中。

当在设备组件中使用mPPE绝缘材料时,设计工程师无需在节省空间和可靠性之间进行两难抉择。基于mPPE的创新设计使其能够具有更小的直径,且不会牺牲产品的性能。如Alpha Wire推出的EcoWire®Plus,mPPE绝缘材料可以配方化,以提供额外的优势,例如出色的流体阻力。当组件在洁净室环境中使用时,这些优势被证明是有益的。

Alpha Wire的另一个优点并未被特别提及,但其在半导体制造设备应用中能够提供显著的优势——这就是mPPE绝缘材料在排气特性方面的强大优势。与PVC相比,mPPE排气率低达91%,这对有些应用至关重要。便携式X光机和诊断设备等设备都可以从mPPE绝缘材料的使用中获益。从晶圆制造设备到半导体封装设备,mPPE绝缘电线和电缆都很容易找到自己的位置。

mPPE绝缘材料也为半导体制造业带来了巨大的价值。由于这是一个在技术进步方面日新月异的行业,因此没有停工的余地。mPPE有很多方法可以让用户的设备平稳运行。随着智能手机和平板电脑的推出,对更小尺寸的半导体芯片和工艺的需求快速增长。为了跟上技术进步的节奏,制造设备的复杂性也在不断增加。随着复杂性的增加,内部的组件尺寸有也需要进一步缩小,为系统升级留出空间。同时,为了最大限度地减少停机时间,这类组件必须可靠——显而易见,工程师在更换可能会牺牲性能的组件时会犹豫不决。同样,严格的洁净室环境法规也使得工程师很难找到符合制造指南的合适替代品。

如今,半导体制造设备需要的是一种经监管部门批准的产品,它需要能够提供流体和耐磨性。好消息是, mPPE绝缘材料可以在这一应用发挥巨大的作用。

更多有关线缆的技术信息, 请查看以下内容:



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SiC MOSFET电动汽车牵引逆变器设计:教你几招实用的必杀技!

作者:Steven Keeping

关键词: 汽车, 电源管理, 电路设计


工程师面临着对现代电动汽车 (EV) 性能和里程的权衡。更快的加速和更高的巡航速度需要更频繁、更耗时的充电站。另外,更长里程要求造成了各项进展的不确定性。为了增加续航能力,同时为驾驶者提供更高的性能,工程师需要设计驱动系统,确保尽可能多的电池能量转移到驱动轮上。同样重要的是,需要保持驱动系统足够小,以适应车辆的限制。这些双重需求需要高效率和高能量密度的组件。

电动汽车驱动系统的关键部件是三相电压源逆变器(或称“牵引逆变器”) ,它将电池的直流电压转换为车辆电机所需的交流电。打造一个高效的牵引逆变器对于平衡性能和里程至关重要,而提高效率的关键途径之一就是适当使用宽带隙 (WBG) 、碳化硅 (SiC) 半导体器件。

本文将先介绍电动汽车牵引逆变器的作用;然后解释用SiC功率金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 设计该装置时,如何才能打造出比使用绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 更高效的电动车驱动系统;文章最后介绍了一个基于SiC MOSFET的牵引逆变器实例,并说明了最大限度地提高该装置效率的设计技巧。

什么是牵引逆变器?

电动汽车牵引逆变器将车辆的高压 (HV) 电池提供的直流电转换为电机所需的交流电,以产生移动车辆所需的扭矩。牵引逆变器的电气性能对车辆的加速和行驶里程有很大影响。

现代牵引逆变器的高压电池驱动系统电压为400伏,或者到最近的800伏。在牵引逆变器电流为300安培 (A) 或更大的情况下,由800伏电池系统供电的设备能够提供超过200千瓦 (KW) 的功率。随着功率的攀升,逆变器的尺寸也在缩小,大大增加了功率密度。

拥有400伏电池系统的电动车需要牵引逆变器采用额定电压为600至750伏的功率半导体器件,而800伏的车辆则需要额定电压为900至1200伏的半导体器件。牵引逆变器中使用的功率元件也必须能够处理30秒 (s) 超过500A的峰值交流电流和1毫秒 (ms) 内1600A的最大交流电流。此外,用于该设备的开关晶体管和栅极驱动器也必须能够处理这些大的负载,同时保持高的牵引逆变器效率(表1)。


表1:2021年典型牵引逆变器要求;与2009年相比,如表所示能量密度要求增加了250%。(图片来源:Steven Keeping)

牵引逆变器通常包括三个半桥元件(高压侧加低压侧开关),每个电机相位都有一个,栅极驱动器控制着每个晶体管的低压侧开关。整个组件必须与为车辆其他系统供电的低压 (LV) 电路进行电隔离(图1)。



图1:电动车需要一个三相电压源逆变器(牵引逆变器)以将高压 (HV) 直流电池电源转换为车辆电机所需的交流电源。高压系统,包括牵引逆变器,与车辆的传统12伏系统隔离。(图片来源:onsemi)

图1所示例子中的开关是IGBT。这类逆变器一直是牵引逆变器的热门选择,因为它们能够处理高电压,开关迅速,提供良好的效率,而且价格相对便宜。然而,随着SiC功率MOSFET成本的下降和它们在商业上的普及,工程师们正在转向这些元件,因为它们比IGBT具有明显的优势。

用于高效栅极驱动器的SiC MOSFET的优势

与传统硅 (Si) MOSFET和IGBT相比,SiC功率MOSFET的关键性能优势来自于器件的WBG半导体衬底。硅MOSFET的带隙能量为1.12电子伏特 (eV) ,而SiC MOSFET为3.26eV。这意味着WBG晶体管可以承受比硅器件高得多的击穿电压,以及由此产生的击穿场电压比硅器件高十倍左右。高击穿场电压允许在既定电压下减少器件的厚度,降低“导通”电阻 (RDS(ON)),从而减少开关损耗并提高载流能力。

SiC的另一个关键优势是它的导热性,大约比Si高三倍。较高的导热性能使得在一定的功率耗散下结温 (Tj) 上升较小。SiC MOSFET还可以容忍比Si更高的最大结温 (Tj(max) ) 。硅MOSFET的典型Tj(max)值为150˚C;SiC器件可以承受高达600˚C的Tj(max),尽管商业器件的额定温度通常为175至200˚C。表2提供了Si和4H-SiC(通常用于制造MOSFET的SiC结晶形式)之间的性能比较。


表2:SiC MOSFET的击穿电场、热导率和最大结温使之成为大电流和高电压开关应用中比Si更好的选择。(图片来源:onsemi)

高击穿电压、低 RDS(ON)、高导热性和高Tj(max)使得SiC MOSFET能够处理比类似尺寸的Si MOSFET高得多的电流和电压。

IGBT也能够处理高电压和高电流,并且往往比SiC MOSFET更便宜——这是它们在牵引逆变器设计中得到青睐的一个关键原因。IGBT也有缺点,特别是当开发者希望最大限度地提高能量密度时,由于其“尾电流”和相对较慢的关断速度,对最大工作频率有限制。相比之下,SiC MOSFET能够处理与Si MOSFET相同的高频开关,但具有IGBT的电压和电流处理能力。

SiC MOSFET应用越来越广泛

直到最近,由于SiC MOSFET的价格相对较高,它们的使用仅限于豪华电动车的牵引逆变器,但价格的下降使SiC MOSFET成为更多应用的选择。

Onsemi的NTBG020N090SC1和NTBG020N120SC1是这种新一代SiC功率MOSFETS的两个实例。这两种器件的主要区别是:前者的最大漏源极击穿电压 (V (BR)DSS) 为900伏,栅源电压 (VGS) 为0伏,连续漏极电流 (ID) 为1毫安 (mA);而后者的最大V (BR)DSS为1200伏(在相同条件下)。这两个器件的最大Tj是175˚C。这两个器件都是单N沟道MOSFET,采用D2PAK-7L封装(图2)。


图2:NTBG020N090SC1和NTBG020N120SC1 N沟道SiC功率MOSFET都采用D2PAK-7L封装,主要区别在于其V(BR)DSS值分别为900和1200 伏。(图片来源:Steven Keeping,使用了onsemi的材料)

NTBG020N090SC1的RDS(ON)为20毫欧 (mΩ),VGS为15伏(ID = 60 A, Tj = 25˚C),RDS(ON)为16mΩ,VGS为18伏 (ID = 60A, Tj = 25˚C)。最大连续漏源二极管正向电流 (ISD) 为148A(VGS= -5V,Tj = 25˚C),最大脉冲漏源二极管正向电流 (ISDM) 为448A(VGS = -5V,Tj = 25˚C)。

NTBG020N120SC1则在VGS为20伏时具有28mΩ的RDS(ON) (ID = 60A, Tj = 25˚C)。最大ISD为46A(VGS = −5V,Tj = 25˚C),最大ISDM是392A(VGS = −5V,Tj = 25˚C).

使用SiC MOSFET进行设计

尽管SiC MOSFET具有优势,但希望将SiC MOSFET纳入其牵引逆变器设计的设计人员应该注意一个重要的复杂问题,即这种晶体管有棘手的栅极驱动要求。其中一些挑战来自于这样一个事实:与Si MOSFET相比,SiC MOSFET表现出较低的跨导、较高的内部栅极电阻,并且栅极开启阈值可能低于2伏。因此,在关断状态下,栅极必须被拉到地电位以下(通常为-5V),以确保正确的开关。

然而,关键的栅极驱动挑战来自于必须应用大的VGS(高达20V)以确保低RDS(ON)。在太低的VGS下操作SiC MOSFET可能会导致热应力,甚至由于功率耗散而失效(图3)。

图3:对于NTBG020N090SC1 SiC MOSFET,需要高VGS以避免高RDS(ON)带来热应力。(图片来源:onsemi)

此外,由于SiC MOSFET是一个低增益器件,设计者在设计栅极驱动电路时必须考虑到这对其他几个重要动态特性的影响。这些特性包括栅极电荷米勒平台和对过流保护的要求。


这些复杂的设计要求专用栅极驱动器具有以下属性:
  • 能够提供-5至20伏的VGS驱动,以充分利用SiC MOSFET的性能优势。为了提供足够的开销以满足这一要求,栅极驱动电路应能承受VDD = 25V和VEE = -10V。
  • VGS必须有快速的上升和下降边缘,大约为几纳秒 (ns) 。
  • 栅极驱动必须能够在整个MOSFET米勒平台区域内提供数安培的高峰值栅极电流。
  • 灌电流的额定值应超过仅对SiC MOSFET的输入电容放电所需的电流。对于高性能的半桥电源拓扑结构,应考虑10A级的最小峰值灌电流额定值。
  • 实现高速开关的低寄生电感。
  • 小型驱动器封装能够尽可能地靠近SiC MOSFET,以提高能量密度。
  • 去饱和 (DESAT) 功能能够进行检测、故障报告和保护,以实现长期可靠的运行。
  • 一个VDD欠压锁定 (UVLO) 电平与开关开始前VGS > 16V的要求相匹配。
  • 提供VEE UVLO监测能力,以确保负电压轨在可接受的范围内。


Onsemi已推出一款栅极驱动器,旨在满足牵引逆变器设计的上述要求。NCP51705MNTXG SiC MOSFET栅极驱动器具有高集成度,因此不仅与其SiC MOSFET兼容,而且与众多制造商的产品兼容。该器件包括许多通用栅极驱动器所共有的基本功能,但也具有使用最小外部元件设计可靠的SiC MOSFET栅极驱动电路所必需的专门要求。

例如,NCP51705MNTXG集成了一个DESAT功能,只需使用两个外部元件就可以实现。DESAT是IGBT和MOSFET的一种过流保护形式,用于监测故障,据此VDS就可以上升到最大ID。这可能会影响效率,在最坏的情况下,可能会损坏MOSFET。图4显示了NCP51750MNTXG如何通过R1和D1的DESAT引脚来监测MOSFET (Q1) 的VDS。


图4:NCP51705MNTXG的DESAT功能能够测量VDS在最大ID期间的异常行为,并实现过流保护。(图片来源:onsemi)

NCP51705MNTXG栅极驱动器还具有可编程的欠压锁定功能。在驱动SiC MOSFET时,这是一个重要的功能,因为开关元件的输出应该被禁用,直到VDD高于一个已知的阈值。允许驱动器在低VDD下开关MOSFET会损坏器件。NCP51705MNTXG的可编程UVLO不仅可以保护负载,而且可以向控制器验证所施加的VDD是否高于开启阈值。UVLO的开启阈值是通过UVSET和SGND之间的一个电阻设置的(图5)。


图5:NCP51705MNTXG SiC MOSFET的UVLO开启阈值通过UVSET电阻RUVSET设置,具体阻值根据所需的UVLO开启电压VON选择。(图片来源:onsemi)

牵引逆变器的数字隔离

为了完成牵引逆变器的设计,工程师必须确保车辆的低压侧电子设备与通过逆变器的高电压和电流隔离(上图2)。然而,由于控制高压栅极驱动器的微处理器在低压侧,任何隔离都必须允许数字信号从微处理器传递到栅极驱动器。Onsemi也提供了一种实现这种功能的元件,即NCID9211R2,一种高速、双通道、双向陶瓷数字隔离器。

NCID9211R2是一个电隔离的全双工数字隔离器,允许数字信号在系统之间传递而不产生接地回路或危险电压。该设备具有2000伏峰值最大工作绝缘能力,100千伏/毫秒 (kV/ms) 的共模抑制,以及每秒50兆比特 (Mbit/s) 的数据吞吐量。

图6所示为片外陶瓷电容器构成的隔离栅。


图6:NCID9211R2数字隔离器单通道结构的框图。片外电容器构成了隔离栅。(图片来源:onsemi)

数字信号使用ON-OFF开关键控 (OOK) 调制方式穿过隔离栅进行传输。在发射器一侧,VIN输入逻辑状态被高频载波信号调制。由此产生的信号被放大并传输到隔离栅。接收端检测隔离栅信号,并使用包络检测技术对其进行解调(图7)。当输出允许控制EN为高电平时,输出信号决定了VO的输出逻辑状态。当发射器电源关闭,或VIN输入断开时,VO默认为高阻抗低电平状态。


图7:NCID9211数字隔离器使用OOK调制跨越隔离栅来传输数字信息。(图片来源:onsemi)



结语

SiC功率MOSFET是高效率和高功率密度电动汽车牵引逆变器的好选择,但其电气特征在栅极驱动器和器件保护方面也带来独特的设计挑战。除了设计上的挑战,工程师们还必须确保他们的牵引逆变器设计能够与车辆敏感的低压电子装置进行高级别隔离。

如上所述,为方便工程开发,onsemi推出了一系列SiC MOSFET、专用栅极驱动器和数字隔离器,以满足牵引逆变器的要求,并在现代电动汽车的长量程和高性能要求之间取得了更好的平衡。



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一周新品推荐:3M小型牢固的PCB连接方案和CUI 符合全新安全标准的电源产品

本期Digi-Key Daily向大家推介两款产品——3M 451系列插座组件和452系列板安装针座,以及CUI 符合 IEC 62368-1 的电源产品。

产品一:3M 451系列插座组件和452系列板安装针座

在电子产品开发时,PCB连接是经常会遇到的设计要求,这时一个小尺寸、牢固的PCB连接解决方案是不可或缺的。3M的451系列插座组件和452系列板安装针座就是为适应这一要求而开发的产品。

全新的451系列带状电缆插座组件具有0.05”(1.27mm)间距,能够在有限的空间实现高连接密度,其包括30 µ镀金和金镀铜版本,采用摩擦锁止结构,确保不会出现意外断开,以提高连接的可靠性。

与451系列配接使用的452系列板安装针座,采用遮蔽式设计,可以增加主动锁止和弹出功能,能够最大限度地提高设计灵活性,并减小PCB占用面积。该系列针座包括30µ镀金和闪金版本, 提供垂直和直角安装,以及通孔和SMT等不同配置,兼容无铅工艺以及自动化拾取装配工艺。

了解3M 451系列插座组件和452系列板安装针座的更多信息,请看以下视频:



产品二:CUI 符合 IEC 62368-1 的电源

IEC 62368-1作为一项新的国际产品安全标准,通过应用防止潜在危险的安全工程 (HBSE) 原理,以全新的方式对待产品安全挑战。IEC 62368-1有望代替长期使用的IEC 60950(ITE设备)和IEC 60065(AV设备)标准,在视听、消费电子、通信产品中广泛采用。

CUI推出了经过IEC 62368-1认证的丰富的电源产品,以确保最终的产品可以符合现在和将来的安全标准要求。

经62368-1认证的隔离式和非隔离式DC-DC转换器,提供1:1、2:1、4:1和8:1等多种输入电压范围,功率0.75W至600 W,输出电流500mA至3mA,采用SMT、SIP和DIP等封装形式。

经62368-1认证的内置AC-DC产品系列,功率范围为1W至450W,输出电压3.3Vdc至54Vdc,采用底架、DIN导轨、PCB和引线安装方式,能够提供金属盒、开放式、塑料安装盒,以及U型安装盒等多种封装类型。

经62368-1认证的AC-DC桌面式和壁插式电源适配器能达到DoE六级和CoC 2级的能效要求,功率高达250W,输出电压3.3Vdc至56Vdc,并提供满足各个地区性规格要求的USB插座及多叶片选项。

了解CUI 符合 IEC 62368-1 的电源产品的更多信息,请看以下视频:


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两个AC/DC电源串联,能提供更高输出电压吗?这样做,就能行!


关键词:  电源管理, 工作原理

问:如何串联Well Power电源

我们经常被问到的一个问题是:两个AC/DC电源是否可以串联以提供更高的电压输出?实际上,这是可以的。比如Mean Well电源具有隔离输出,因此它们可以串联并实现所需的任何电压。

例如,上图这种NDR-480-48转换器,我们就可以将两个电源串联连接,以提供96V电压。请注意:建议串联使用的电源,需要具有近似的额定电流。

同时,我们还建议每个电源并联一个二极管(如下图所示),以防止在一个电源先启动另一个电源时出现反向电压。


如需了解Digi-Key所提供的Mean Well电源产品,请点击以下链接:


更多有关电源的技术信息, 请查看以下内容:



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