纳芯微模拟IC解决方案,助力多联机中央空调节能降噪!

描述

 

据行业报告显示,2023年全年中国中央空调的市场实现了4.6%的增长,继2022年市场下滑后重新迎来了一波增长。其中工程项目占总市场的70%,市场占有率有小幅增长,增长率为5.7%;而家装零售市场占比仅为30%,增长率也仅有2.1%,增长相对比较缓慢。

2023年中国中央空调市场占比前三的产品类别分别为:多联机组,单元机组和离心机组。其中多联机的使用占比最高,高达48.7%,位居第一;其次为单元机组,占比为18.8%。

多联机组中央空调得到高速增长主要原因是其安装成本便宜、使用灵活、能效高,因此得到了市场的广泛欢迎,尤其是新兴行业的火热助推了工程项目市场的增长,成为其快速增长的主要推动力。

多联机组中央空调采用“一拖多”的架构,即由一个室外机带动多个室内机,室内机可以单独安装在不同房间里,每个室内机都会对应一个线控器,通过反馈的温度、湿度等信息,可以自动调节出风口、风量以及制冷、制热功率等,以保持舒适的室内温度。多联机的技术趋势主要为两个方向,一是节能降噪,即需要室外机甚至室内机都有变频能力;二个是高舒适度和节能环保,即对空调的风量和温湿度进行更加精准的控制,同时减少空调制冷介质冷媒的泄露。

纳芯微具有丰富的传感器产品组合,能够满足人们提高舒适度的要求,并符合绿色环保的趋势。

 

此外,纳芯微还能够提供丰富的模拟IC解决方案。如下图所示,为多联机组的室外机和室内机系统框图,上半部分为室外机,下半部分为室内机。室外机中用到大量的模拟IC,根据其电路拓扑所示,市电交流电输入经过PFC整理转换为高压直流电,然后供电给两个电机的母线。电机的驱动采用IGBT或IPM直接控制。由于MCU通常位于低压端,而IGBT位于高压端,因此需要隔离驱动器来控制这些功率管;同时,室外机和室内机之间需要通过RS485或CAN总线进行通信;由于这两套系统通常不共地,因此需要隔离接口。

控制器

多联机系统框图

纳芯微隔离类产品

纳芯微隔离技术

目前,市场上的主流隔离技术有三种:光耦隔离、磁耦隔离和容耦隔离。比起光耦隔离技术,容隔隔离技术采用耐压500V/μm的二氧化硅作隔离介质,耐压高且使用寿命长,可靠性和绝缘度很高,同时相较与磁耦隔离成本更低。纳芯微的隔离产品均基于容耦隔离技术进行开发,产品包括数字隔离器、隔离驱动、隔离接口、隔离运放等产品。

此外,纳芯微的产品采用双边高压电容隔离技术,由两部分组成,左右各有一个Die,两者之间都有隔离电容,是一种双电容隔离方式,也叫增强型隔离。即使有一个电容损坏,还有另外一个电容,可以满足产品耐高压、长寿命、宽温度范围的需求。纳芯微的产品均通过了UL、VDE、CQC等各种认证。与此同时,纳芯微的容隔产品采用自有专利的Adaptive OOK方式进行编码传输,高电平时发出一个高频正弦波,低电平时不发,然后进行解调,差分传输可以将一些共模干扰滤掉,以提高CMTI(共模瞬态抗扰度),同时具有更低电磁辐射和更低误码率的优点,芯片鲁棒性也更高。

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隔离驱动

· 带米勒钳位的隔离单管驱动NSI6601M

随着母线电压或开关频率提高,在开关过程中会导致很高的dv/dt;同时为了实现小型化,受限的布局也会产生寄生阻抗,给驱动环路带来一些自身电感,dv/dt的充放电可能会出现回路震荡。因此为了防止震荡并满足高频化要求,需要采用带米勒钳位的隔离驱动。

其工作原理为:伴随上下管打开产生的dv/dt,米勒电容会产生一个电流,如果驱动回路阻抗较大,因为米勒电容产生的电流会导致较大Gate电压,导致原本关闭的管子会误打开,使上下管短路,甚至损坏管子;带米勒钳位的隔离驱动可以提供非常低阻抗的回路路径,将米勒电流释放到地,使门级值钳位到很低的电压,防止管子打开。

因此,很多空调或电源应用都选择带米勒钳位的隔离驱动,可以满足高频化要求,提供更稳定的电流输出,同时防止管子打开。综上,带米勒钳位的隔离驱动在防止震荡、满足高频化要求、提供低阻抗回路路径以及防止管子打开等方面具有重要作用。

纳芯微隔离单管驱动NSI6601M已大量应用于空调压缩机,主要用来驱动IGBT。该产品驱动电流为5A,集成米勒钳位功能,CMTI高达150kV/μs。该产品有两种封装可选,一种是窄体SOIC-8,另一种是宽体SOIC-8。

· 带保护功能的隔离单管驱动NSI68515

空调的压缩机可能会出现IGBT短路,一种情况是上下管短路,会直接烧掉IGBT;另一种情况是电机对地短路,比如上管打开对地短路后,会有很大的电流流过IGBT直到电机的地,致使管子损坏,甚至损坏电机。因而带保护功能的隔离驱动产品能够有效功率管,保护系统。

纳芯微隔离单管驱动NSI68515带DESAT保护功能,可检测DESAT脚的隔离耐压。当发生过流时,电压会出现一些变化,通过DESAT引脚检测过流情况,而后进行软关断,即在过流之后慢慢关断释放电流,减少电压过充,防止IGBT损坏,以保证系统稳定运行。

NSI68515采用电流型输入,集成了米勒钳位、DESAT保护以及软关断等功能。CMTI高达150kV/μs,隔离工作耐压高达2121V DC,驱动电流高达5A,米勒钳位电流为4A,支持轨到轨输出,结温为150℃,能够很好满足空调压缩机的应用场景,目前该款产品已在主流中央空调中有大量使用。

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数字隔离器

· 第二代数字隔离器NSI82xx系列

第二代数字隔离器NSI82xx系列包含一通道、两通道、三通道、四通道和六通道的产品,封装类型很多,广泛支持各种系统设计和PCB布局。考察数字隔离器性能的一个主要指标是CMTI,纳芯微NSI82xx系列数字隔离器的CMTI比业内一些产品的裕量高1.5至2倍。在ESD方面,单面和双面都比竞品同类型产品裕量更高,单面ESD可达8000V,双面可达15kV。

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隔离接口

· 三合一隔离接口NSIP8308x系列

NSIP8308x系列是集成度非常高的三合一隔离接口,将数字隔离器、RS485接口以及电源集成在一起。集成隔离电源可以减少电源轨,仅用一路电源即可为芯片隔离供电。RS485接口产品的速率非常高,可达16MHz;CMTI可达±150kV/μs。NSIP8308x系列多款产品支持全双工和半双工。

纳芯微其他模拟IC

除了传感器和隔离类产品,纳芯微的非隔离驱动也在中央空调有着广泛的应用。其非隔离5A双通道低边驱动产品NSD1026V适用于空调PFC的IGBT驱动。其输入端可以耐受高达-10V的负压,同时具有5A反向电流功能,无需进行输出保护。由于需要驱动PFC低边的IGBT,因而在控制器、MCU和驱动器布局都可能产生一些寄生电感,并产生负压,在输入端两个地之间形成一个压差,使输入侧出现负压,输入侧产生-10V的负压可以保证芯片的稳定运行。

另外,由于驱动器内部打线以及PCB走线会造成寄生电感,驱动器会因输出过冲震荡而损坏,如果能承受5A峰值反灌电流,就为过充能量提供了释放路径,可以在一些布局要求比较高的产品中使用。




审核编辑:刘清

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