고전압 응용 분야에 적합한 Broadcom 15mm 너비의 ACNT 광 커플러

소개

Broadcom ACNT 광 커플러 제품군은 고전압 분리 응용 분야에 적합한 15mm의 연면거리와 14.2mm의 공간거리를 제공합니다. 이 광 커플러는 콤팩트한 신축 표면 실장 SO-8 패키지에서 2,262V_PEAK의 작동 분리 전압과 12,000V_PEAK의 과도 과전압을 제공합니다. ACNT 광 커플러는 다양한 전기적 분리 요구 사항과 특징을 충족하는 포괄적인 제품 유형으로 구성됩니다. 여기에는 ACNT-H343 게이트 구동 광 커플러, ACNT-H61L 저전력 10MBd 디지털 광 커플러, 전류 감지를 위한 ACNT-H790/H79A/H79B 고선형성 분리 증폭기, ACNT-H870/H87A/H87B 전압 감지, ACNT-H50L/H511 저속 아날로그 광 커플러가 포함됩니다. DC-AC 전원을 부하(모터)로 변환하는 3상 인버터의 예에서 그림 1은 ACNT 광 커플러 제품 유형별 용도와 다양한 분리 위치를 강조하여 보여줍니다. ACNT 광 커플러는 안정적이고 사용하기 쉽습니다.

그림 1: 인버터의 다양한 분리 요구 사항을 충족하는 ACNT 광 커플러 (이미지 출처: Broadcom Limited)

고전압 추세 및 요구 사항

재생(태양광 또는 풍력) 전력, 제동 및 의료 시스템 시장 부문은 높은 DC 버스 전압 또는 과도 상태에 대한 높은 전압 내성을 요구하는 추세에 있습니다. 새로운 태양광/PV 시스템에서는 1000V_DC에서 1500V_DC로 업그레이드하여 채택하고 있습니다. 이러한 업그레이드는 에너지 효율을 높이고 비용을 절감시켜 주는 이점을 제공합니다.

이러한 두 가지 이점이 제공되는 이유는 스트링당 더 많은 PV 블록(더 긴 PV 어레이 스트링)을 형성할 수 있기 때문입니다. 결합기 박스는 수신 전력을 단일 기본 피드로 통합합니다. 더 길고 더 적은 수의 PV 스트링을 사용하므로 결합기 박스에 대한 필요성이 감소합니다. 또한 입력 DC 전압이 높아 전선(구리) 전력 손실도 감소합니다. 전체적으로 1500V 시스템의 경우 1000V 이하 DC 전압 시스템에 비해 PV 스트링 어레이와 인버터 사이에 필요한 연결이 적습니다. 출력 밀도가 더 높고 장비 크기가 작아 노동 유지 보수 비용도 절감됩니다. 1500V 시스템의 문제 중 하나는 부품에 대한 전기 안전 및 다양한 인증 표준을 준수해야 한다는 점입니다. 제어 모듈과 전력 제품 간의 분리 시 높은 전압(정상 및 과도)과 해당 연면거리를 견딜 수 있어야 합니다(그림 2). Broadcom의 15mm 너비 ACNT 광 커플러는 이러한 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

그림 2: PV 발전 시스템 – 1500V(이미지 출처: Broadcom Limited)

재생 에너지 부문의 풍력 솔루션에서 ACNT 광 커플러는 유럽 국가들에서 원자력 발전소를 재생 자원으로 교체하기 위한 전국적 분산 그리드 재생 프로그램의 일환으로 널리 사용됩니다.

그림 3은 15mm 너비 ACNT-H61L 10MBd 저전력 광 커플러를 사용한 주파수 컨버터 분리를 보여줍니다. 이러한 부품은 저전압 제어와 고전압 IGBT 사이의 제어 및 고장 피드백 신호를 분리합니다. 전기 그리드의 하위 부문에서 스마트 그리드 채택의 일환으로 저전압 또는 중전압 분배 라인 계량 기술이 더욱 발전했습니다. 데이터 통신의 안전 및 고전압 분리를 위해 3상 부문에 더 넓은 연면거리(400V_AC 계량 초과)가 필요합니다. 또한 스마트 그리드에서는 보안이 더욱 중요합니다. 장기적으로 신뢰성이 뛰어난 저속 아날로그 광 커플러 ACNT-H50L을 사용하여 분리된 데이터 통신을 보호할 수 있습니다.

그림 3: 재생 에너지 – 풍력 솔루션의 주파수 컨버터 (이미지 출처: Broadcom Limited)

다른 고전압 응용 분야의 예로는 경전철 또는 모노레일 시스템의 제동 제어가 있습니다. 이 시스템에서는 ACNT 광 커플러가 1500V의 DC-DC 변환에 사용됩니다. 그림 4는 1500V_DC 버스 전압을 사용하는 모노레일 전력 컨버터를 보여줍니다. 분리된 고전압 - 저전압 제어 인터페이스를 위한 광 커플러 4개, 분리 전압 레벨 제어를 위한 전압 감지 분리 증폭기 2개, 분리된 I/O 통신을 위한 저속 아날로그 광 커플러가 고잡음 환경에서 고전압 분리 기능을 제공하여 신뢰성과 내구성을 지원합니다.

그림 4: 제동 응용 분야의 전력 컨버터 (이미지 출처: Broadcom Limited)

의료 시스템에서 4차 개정판 의료 표준 IEC 60601-1-2는 접촉 및 공중 방전 유형에 대해 더 높은 ESD 레벨을 규정하고 있습니다. 이 ESD 내성 유형 테스트는 환자가 장비와 직접 접촉하는 감지 회로망(예: 혈압, ECG)과 환자 모니터링 장치의 제어 기판 사이에 적용됩니다. ACNT-H61L은 과도 과전압이 12,000V_AC로 이 수정된 요구 사항을 충족합니다. 넓은 연면거리와 공간거리를 통해 분리 간격을 넓히고 전기 아크를 최소화합니다.

규제 표준 수정

국제 표준 기구 UL과 IEC를 통합하는 과정에서 연면거리 및 공간거리 요구 사항이 더욱 엄격해졌습니다. 2016년부터 UL 508C(전력 변환 장비)가 IEC 61800-5-1(가변속 전기 전력 구동 시스템)로 강화되었습니다. 따라서 새로운 구동 모델에서 동일한 정격 사양을 유지하려면 더 넓은 연면거리 및 공간거리가 필요합니다. 예를 들어, 690V_AC 정격의 강화된 분리를 충족하기 위해 최소 13.8mm 연면거리 및 공간거리가 필요합니다.

의료 시스템에서 ACNT 광 커플러는 분리 장벽 전체에 필요한 높은 ESD 방전 내성 과도 과전압을 해결하는 데 유용합니다. 환자 모니터링 응용 분야에서 ESD 내성 유형 테스트는 환자가 장비와 직접 접촉하는 감지 회로망(예: 혈압, ECG)과 장치의 제어 기판 사이에 적용됩니다. 병원 외부에서 점점 더 많이 사용되고 있는 의료 장치에 대한 현재의 전자파 장해(EMI) 위협을 해결하기 위해 의료 장치 테스트 중에 ESD 방전 내성 레벨을 강화한 의료 전기 장비 표준의 4차 개정판 IEC 60601-1-2를 새롭게 도입했습니다(그림 5). 환자 모니터링 장치에 사용되는 ACNT-H61L의 이점은 12,000V_PEAK의 높은 과도 과전압 정격에 있으며, 15mm의 넓은 연면거리 및 공간거리로 더 넓은 분리 간격이 확보되어 아크를 최소화할 수 있습니다.

그림 5: 의료 시스템의 높은 분리 전압 요구 사항 충족 – ACNT-H61L (이미지 출처: Broadcom Limited)

Broadcom ACNT 광 커플러

Broadcom 광 커플러는 성능이 탁월하며 고전압 서지(1.2µs/50µs 전압 파형)를 견딜 수 있습니다. IEC 60747-5-5 부품 안전 표준에 따라 Broadcom ACNT 광 커플러는 25kV 이상의 전압을 전달할 수 있습니다. 통과 기준은 5pC 미만의 부분 방전에서 견고한 분리 기능이 파괴되거나 부분적으로 파괴되지 않는 것입니다. 그림 6과 같이 ACNT-H50L은 공기 비조절 상태에서 고전압 서지를 적용하여 전기 아크 제거 테스트를 거쳤습니다(TUV 테스트 결과 보고서 참조).

그림 6: Broadcom 광 커플러는 IEC 60747-5-5에 따라 고전압 서지를 충족합니다. (이미지 출처: Broadcom Limited)

요약

ACNT-H343은 690V_AC 모터 구동 및 1500V 태양광 인버터를 포함하여 공간 제약이 있는 고전압 산업 분야에 맞게 설계된 15mm SSO-8 패키지로 출시된 새 5A 게이트 구동 광 커플러입니다. ACNT-H343은 100kV/µs 이상의 공통 모드 과도 내성(CMTI)을 제공하며 잡음이 심한 환경에서 잘못된 게이트 구동기 장애를 방지합니다. 이 장치는 전파 지연을 최소화하고 이전 세대 장치보다 3배 더 빠르며 고주파수 스위칭을 통해 절연 게이트 양극 트랜지스터(IGBT) 및 SiC/GaN MOSFET 구동 효율을 강화했습니다.

ACNT-H61L은 작동 온도 범위 전반에서 2mA 최대 I_DD를 소비하는 감지기 IC에서 LED 구동 전류로 최소 4.5mA만 필요한 10MBd 저전력 디지털 광 커플러입니다. 감지기 IC 출력은 CMOS 출력입니다. 내부 패러데이 실드가 20kV/µs의 공통 모드 과도 내성 사양을 보장합니다. ACNT-H61L은 고전압 또는 과도 전력 변환 시스템의 분리된 논리 인터페이스 통신 및 제어에 적합합니다.

ACNT-H50L/H511은 개방형 콜렉터 트랜지스터 출력을 사용하는 단일 채널 1MBd 광 커플러입니다. 광 다이오드 바이어스 및 출력 트랜지스터 콜렉터를 별도로 연결하여 베이스 콜렉터 정전 용량을 줄임으로써 기존 광 트랜지스터에 비해 속도가 최대 100배 향상되었습니다. ACNT-H50L/H511은 저속 아날로그, 분리된 고장 또는 전력 제어 피드백과 같은 응용 분야에 적합합니다.

ACNT-H87B(±0.5% 이득 허용 오차 범위), ACNT-H87A(±1% 이득 허용 오차 범위) 및 ACNT-H870(±3% 이득 허용 오차 범위) 전압 센서는 전압 감지를 위해 특별히 고안된 광학 분리 증폭기입니다. 2V 입력 범위와 높은 1GΩ 입력 임피던스는 전자 전력 컨버터 응용 분야의 분리 전압 감지 요구 사항을 충족합니다. 일반 전압 감지 구현에서 저항 전압 분배기는 DC 선간 전압을 전압 센서의 입력 범위에 맞게 조정하는 데 사용됩니다. 입력 전압에 비례하는 차동 출력 전압이 광 분리 장벽의 다른 쪽에서 생성됩니다.

ACNT-H79B(±0.5% 이득 허용 오차 범위), ACNT-H79A(±1% 이득 허용 오차 범위) 및 ACNT-H790(±3% 이득 허용 오차 범위) 분리 증폭기는 전자 전력 컨버터 응용 분야에서 전류와 전압을 감지하도록 설계되었습니다. 이 광 커플러는 고잡음 모터 제어 환경에서 모터 전류를 정확하게 모니터링하는 데 필요한 정밀도 및 안정성을 제공하여 다양한 유형의 모터 제어에서 보다 원활한 제어('토크 리플' 감소)를 제공합니다. 우수한 광학 커플링 기술과 결합된 ACNT-H79B/H79A/H790은 시그마 델타(∑-∆) 아날로그 디지털 변조, 초퍼 안정화 증폭기 및 완전 차동 회로 토폴로지를 사용하여 최고의 분리 모드 잡음 제거, 낮은 오프셋, 높은 이득 정확성 및 안정성을 제공합니다.