Broadcom新型光隔离驱动器如何优化系统效率和EMI性能？

新型光耦隔离栅极驱动器在优化逆变器效率和EMI性能方面表现优异，其通过动态调整驱动电流、优化开关速度、降低EMI和提高隔离性能，为逆变器设计提供了高效、可靠的解决方案，为工业和汽车应用提供了重要的技术支持。

Broadcom博通隔离产品事业部产品经理陈红雷

3月28日，在2025国际绿色能源生态发展峰会上，Broadcom博通隔离产品事业部产品经理陈红雷以“用新型光耦栅极驱动器优化逆变器效率和EMI性能”为主题，分享了Broadcom公司新型光隔离驱动器如何驱动IGBT或者功率模块，同时实现系统效率优化和提升EMI性能表现。

过去十年来，Broadcom光耦技术产品不断演进迭代，形成了“数字光耦、栅极驱动器、隔离放大器”三大主要品类，主要应用于工业、汽车、高可靠性的密封光耦。其中，栅极驱动光耦主要满足工业机器人、电动汽车充电桩、可再生能源、绿色氢能、工厂自动化、马达驱动、数据中心/电源/UPS、医疗等各种工业应用需求。

陈红雷重点介绍了一款带有压摆率控制的智能栅极驱动器——ACFJ-3405，其能够帮助系统降低开关损耗进而优化系统效率及EMI表现。他介绍，大功率驱动器与长电缆连接电机长期可靠性问题主要体现在：一是电机绕组绝缘性能退化，比如绝缘材料局部放电导致绝缘击穿，产生绕组相间发生短路或绕组在槽内接地等失效现象，特别是在大型建筑的风机或水泵等应用场景；二是电机球轴承性能退化，比如电流通过轴承导致的点蚀或波纹状表面，或电流会在滚道表面熔化出纹路图案。

陈红雷表示，这样的情况的产生主要是驱动器与电机间长电缆导致dv/dt过高，“随着线缆长度的增加，dv/dt会有一个明显扩大的趋势，在电机驱动器、暖通空调(HVAC)、机器人系统、电源供应、机车牵引等应用场景上可能形成一些安全隐患。

那么，解决的方案是什么？陈红雷介绍，传统解决方案是采用dv/dt滤波器，直接用一些被动元件把多余的脉冲能量吸收掉，但会带来明显的功率损耗，同时作为一个单独的器件设备也比较昂贵，且尺寸较大。目前比较新颖的设计方法就是采用带有压摆率控制SiC技术，把这样的一个技术集成到门极驱动芯片里面来，然后通过SiC控制有效抑制dv/dt，或者可以说在适当的范围之内能够改善dv/dt的状态。这种方案可以带来比较低的成本，减少功率损耗，而且是小型集成电路。

在这一解决方案上，Broadcom的智能栅极驱动器ACFJ-3405利用两个级别的SRC输出驱动，不需要一直用高的状态来驱动IGBT，同时把退饱和检测与故障反馈软关断保护、死区时间动态控制、栅极状态自检及故障反馈、欠压锁定保护(UVLO)、欠压/过压双重反馈（正失效机制）、LED1&LED2内置自检功能等功能安全特性集成在SO-24封装，且搭配电流检测器件一起来完成压摆率控制功能。

“在小电流的情况下，电机驱动里做两级SRC输出，在小负载的时就会形成非常高的dv/dt，通过降低输出，来驱动后续的IGBT功率单元，这样可以有效降低dv/dt进而减缓对马达的寿命影响。” 陈红雷介绍，当高负载时候，变成两路输出合并起来一起输出来驱动，就可以完成高负载的运转要求，通过这样的方式可以有效规避dv/dt太高的问题。

陈红雷还介绍，ACFJ-3405还附带一些功能安全，符合电机驱动功能安全标准IEC61800-5-2，“这里面有一个STO（安全转矩关断），即阻止向电机供给强制产生动力的功能。这种阻止有两种方式：一是把整个栅极驱动的电源完全切断；二是就是通过输出STO信号给驱动器来进行功能安全方面的切断。”他介绍，要实现这样的功能需要向控制器发送诊断反馈以触发STO，以及控制器与功率级间加强绝缘设计。

那么，ACFJ-3405是如何实现这种功能安全机制？陈红雷介绍，这个器件本身是有UVLO欠压锁定，同时还有过压反馈，当电压太高会做出一个反馈。此外，该器件还能进行退饱和检测，也会进行故障反馈。“这个诊断信息的可靠性、稳定性，基本上就交给自检保障诊断完整性BIST来完成，其进行自我检测、自我诊断，来确保这些信号的完整性。”

ACFJ-3405功能安全机制主要在控制器与功率级间进行加强绝缘设计，初级IC和次级IC之间通过绝缘材料进行隔离，具有最高UL-94可燃性等级，不会熔化或燃烧。

陈红雷也介绍了5A双模式SRC栅极驱动器——ACPL-C361/C362。这两款器件具有最高5A双模式压摆率控制，双重输出驱动强度可优化dv/dt抑制性能，降低开关过程中的导通量，宽工作结温范围达到-40℃~+125℃，相对漏电起痕指数（CTI）>400V。

此外，他还介绍了SRC技术，其可助力降低HVAC逆变器开关噪声。HVAC逆变器新设计将直流母线电容由电解电容替换为薄膜电容，具有以下优势：缩小系统尺寸，降低总体成本；使用寿命长，ESR低，波纹电流耐受能力强；在温度和时间变化下具有更好的稳定性。不过，挑战在于直流母线纹波和尖峰噪声增加，导致电机震动、运行噪声增大及使用寿命缩短。

为此，Broadcom的解决方案是在逆变器与电机之间加装外部滤波装置（可能成本较高），同时建议客户评估采用ACPL-C362 SRC栅极驱动器，以抑制逆变器输出相的dv/dt开关噪声。陈红雷表示，SRC功能对噪声的抑制效果已经得到验证，具有很好的应用优势，“综合起来，我们还是可以有效平衡这个成本效益，缩小体积、延长驱动器的使用寿命。”

陈红雷还介绍了ACNT系列光耦产品路线图，一般主要应用在1500V直流母线电压相关的应用里，涵盖了所有重点应用的隔离要求的场景，比如 光伏逆变器、风力发电、轻轨、医疗等。