Infineon无芯变压器先进固态隔离器：特性、应用与设计要点

在电子工程师的日常设计工作中，固态隔离器是实现电气隔离和信号传输的关键组件。英飞凌（Infineon）推出的无芯变压器先进固态隔离器系列产品，如iSSI20R02H、iSSI20R03H、iSSI20R11H、iSSI30R11H和iSSI30R12H，凭借其独特的技术和出色的性能，在众多应用场景中展现出了强大的竞争力。今天，我们就来深入探讨一下这些产品的特性、应用以及设计过程中的要点。

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产品特性

核心技术优势

英飞凌的这些固态隔离器采用了无芯变压器技术，这种技术使得隔离器在进行信号传输时无需隔离栅极偏置电源来驱动栅极，大大简化了电路设计。同时，它与CoolMOS™、OptiMOS™和TRENCHSTOP™ IGBT等功率晶体管完美匹配，为不同的功率应用提供了灵活的选择。

电气性能出色

• 低功耗与宽输入电压范围：产品具有低功耗的特点，输入电压范围为2.6 V至3.5 V（内部钳位），能够适应不同的电源环境。
• 高输出电压与大电流能力：输出电压最高可达18 V，无需串联或并联配置即可实现强大的栅极驱动。直接驱动变体的输出峰值电流为185 µA，缓冲变体的输出峰值电流可达400 mA，能够满足不同负载的需求。
• 快速关断功能：具备快速关断特性，可确保开关在安全工作区（SOA）内运行，提高了系统的可靠性。

保护功能完善

• 温度与电流传感器保护：集成了温度传感器和电流传感器保护输入，能够实时监测系统的温度和电流变化。
• 故障锁定功能：在发生过流或过温等故障事件时，会触发锁定功能，保护系统免受进一步损坏。
• 动态米勒钳位保护：有效防止功率开关在关断状态下因dv/dt引起的寄生导通，提高了系统的稳定性。

封装与安全认证

产品采用宽体封装，具有高爬电距离和电气间隙，计划符合UL 1577和IEC 60747 - 17的强化隔离标准，为系统的安全运行提供了保障。

潜在应用

固态继电器应用

在固态继电器的AC和DC应用中，这些隔离器能够提供可靠的电气隔离和信号传输，实现对负载的精确控制。同时，它们还可以替代机电继电器，提高系统的响应速度和可靠性。

工业自动化与控制

在可编程逻辑控制、工业自动化和控制系统中，隔离器能够有效隔离不同电路之间的干扰，确保信号的准确传输。例如，在智能建筑和家庭自动化系统中，如恒温器、照明和加热控制等应用中，它们可以实现对各种设备的稳定控制。

仪器仪表设备

在仪器仪表设备中，隔离器可以提供高精度的信号隔离和传输，减少外界干扰对测量结果的影响，提高设备的测量精度和可靠性。

产品详细信息

产品型号与特性对比

产品型号	保护特性	快速开启	认证（计划）	标记	封装
iSSI20R02H	OCP或OTP（PTC），DMC	否	IEC 60747 - 17，UL1577	I20R02	PG - DSO - 8 - 66
iSSI20R03H	OCP，OTP（PTC）	否	IEC 60747 - 17，UL1577	I20R03	PG - DSO - 8 - 66
iSSI20R11H	OCP或OTP（PTC）	是	IEC 60747 - 17，UL1577	I20R11	PG - DSO - 8 - 66
iSSI30R11H	OCP，OTP（PTC），DMC	是	IEC 60747 - 17，UL1577	I30R11	PG - DSO - 16 - 33
iSSI30R12H	OCP，OTP（二极管），DMC	是	IEC 60747 - 17，UL1577	I30R12	PG - DSO - 16 - 33

引脚配置与功能

不同型号的隔离器引脚配置有所不同，但总体上都包含了电源、输入、输出、保护等引脚。例如，VCC1为输入侧电源引脚，IN为逻辑输入引脚，OUT为栅极驱动输出引脚等。在设计时，需要根据具体的应用需求正确连接这些引脚，并注意引脚的参考地（GND1和GND2）。

电气特性与参数

产品的电气特性涵盖了绝对最大额定值、工作参数和电气特性等方面。例如，输入到输出的偏移电压最大为±1200 V，输入电源电压范围为 - 10 V至4.25 V等。在设计过程中，必须确保系统的工作参数在这些额定值范围内，以避免损坏隔离器。

设计要点与应用注意事项

电源适配

该系列产品最佳工作电压为3.3 V，可直接由微控制器供电。在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的电源供应方式。例如，当使用逻辑IC提供5 V控制信号时，可直接与3.3 V供电的隔离器接口，无需电平转换。同时，在使用电流限制电阻时，需要考虑电源电压的波动和电阻的功率损耗，必要时可使用DC/DC转换器来提供稳定的3.3 V电源。

传感器信号接地

电流传感器和温度传感器的信号必须参考同一个接地。在AC开关配置中，建议将分流电阻的一个端子作为传感器信号的参考地，以减少信号失真和滤波需求。同时，要注意温度传感器的连接方式，避免多个MOSFET的温度传感器同时连接。

快速开启功能的应用

iSSI20R11H和iSSI30R1xH型号具备快速开启功能，可用于高电流、高电压固态继电器。在使用该功能时，需要根据具体的应用场景计算缓冲电容的大小，以确保能够提供足够的电流来快速充电栅极电容。

过流保护的设计

过流保护功能可快速响应检测到的过流情况。在设计时，需要根据实际应用的负载电流和测试要求，合理选择分流电阻的阻值，以确保在正常工作时保护功能不会误触发，而在过流时能够及时动作。

动态米勒钳位的使用

通过在输入端子MC或MC2与开关晶体管的漏极之间连接电容，可以激活动态米勒钳位功能。在选择耦合电容时，需要考虑应用中出现的最快dv/dt速率，并根据实际情况选择合适的钳位元件，以确保在高dv/dt事件发生时能够有效防止开关晶体管的寄生导通。

电感能量钳位

当固态继电器与具有电感部分的负载一起使用时，需要使用钳位元件来限制开关晶体管的漏源电压。常见的钳位元件包括TVS二极管、压敏电阻、缓冲器等，需要根据具体的应用范围选择合适的元件和参数。

总结

英飞凌的无芯变压器先进固态隔离器系列产品凭借其独特的技术、出色的性能和完善的保护功能，为电子工程师在固态继电器、工业自动化、仪器仪表等领域的设计提供了可靠的解决方案。在实际设计过程中，我们需要充分了解产品的特性和参数，根据具体的应用需求合理选择型号，并注意电源适配、传感器信号接地、保护功能的设计等要点，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用这些隔离器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。