S i 8 2 2 0/21 0.5 和 2.5 安 培 ISODRIVER 及光电输入 （ 2.5 、 3 . 7 5 和 5 . 0 K V R M S ） 特点 HCPL-0302、HCPL-3120、TLP350 和类似光电驱动器的功能升级 60 ns 传送延时最大 （与输入驱动器电流无关） 相对于光电驱动器 14 倍更紧密的零 件匹配 2.5、 3.75 和 5.0 kVRMS 隔离 瞬态抑制 30 kV/µs 欠压锁定保护及滞后 抗温度和老化效应 门驱动器供电电压 6.5 V 至 24 V AEC-Q100 认证 宽泛的工作范围 –40 至 +125 °C 符合 RoHS 的封装 SOIC-8 窄体 SOIC-16 宽体 应用 引脚分配： 参见页 20 Narrow Body SOIC 8 VDD 1 ANODE 2 7 VO CATHODE 6 VO 3 NC 4 5 VSS NC Top View Wide Body SOIC CATHODE IGBT/ MOSFET 门驱动器 工业控制系统 开关模式供电 UPS 系统 电机控制驱动器 变换器 NC NC ANODE NC NC 安全法规认证 CATHODE UL 1577 认证 1 分钟内最多 5000 VRMS CSA component notice 5A 认证 IEC 60950-1、 61010-1、 60601-1 （强化绝缘） VDE 认证合规 IEC 60747-5-5 (VDE 0884 第 5 部分 ) EN 60950-1 （强化绝缘） CQC 认证 GB4943.1 NC 16 15 14 13 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8 VSS VDD NC VO NC NC NC VSS Top View 正在申请专利 说明 Si8220/21 是 HCPL-3120 和 HPCL-0302 等光耦合驱动器的高性能升级产 品，提供 2.5 A 的峰值输出电流。 它采用 Silicon Laboratories 自主研发的 硅隔离技术，提供符合 UL1577 的 2.5、 3.75 或 5.0 kVRMS 耐受电压选 择。 与光隔离驱动器相比，通过此技术可获得更高性能，减少温度和寿命 差异，零件匹配更紧密，并提供优异的共模抑制比。 虽然输入路与 LED 特 性相似，但要求的驱动电流更小，因而效率更高。 传送延时与输入驱动电 流无关，从而传送时间更短，元件差异更小，且输入电路设计活性更高。 修订版 1.5 5/15 版权所有 © 2015 by Silicon Laboratories 本文中的信息涉及正在开发中的产品。 其特性和规格可能随时改变，恕不另行通知。 Si8220/21 Si8220/21 功能模块示意图 NC VDD ANODE RF Transmitter CATHODE Semiconductor-Based Isolation Barrier ISOLATOR LED Emulator VO RF Receiver UV Lockout VO VSS NC 2 Si8220/21 修订版 1.5 Si8220/21 目录 章节 页码 1. 电气规格 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 2. 测试电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 3. 法规信息 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 4. 应用信息 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4.1. 工作原理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 5. 技术说明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 5.1. 器件行为 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 5.2. 器件启动 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 5.3. 欠压锁定 (UVLO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 6. 应用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 6.1. 供电连接 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 6.2. 布局考虑事项 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 6.3. 功率耗散考虑 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 6.4. 输入电路设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 6.5. Si8220/21 以及 HCPL-0302 和 HCPL-3120 光电驱动器间的参数差异 . . . . . . . . . . . 19 7. 引脚概览 （窄体 SOIC） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 8. 引脚概览 （宽体 SOIC） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 9. 订购指南 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 10. 封装外形： 8 引脚窄体 SOIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 11. 焊盘图案： 8 引脚窄体 SOIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 12. 封装外形： 16 引脚宽体 SOIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 13. 焊盘图案：16 引脚宽体 SOIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 14. 顶部标记：16 引脚宽体 SOIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 15. 顶部标记：8 引脚窄体 SOIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 文档修改列表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 联系信息 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 修订版 1.5 3 Si8220/21 1. 电气规格 表 1. 电气特性 1 VDD = 12 V or 15 V, VSS = GND, TA = –40 to +125 °C; 25 °C 时的典型规格。 参数 符号 测试条件 最低 类型 最高 单位 VDD (VDD – VSS) 6.5 — 24 V 直流规格 供电电压 输入电流 （开） IF(ON) 5.0 — 20 mA 输入电流上升沿 滞后 IHYS — 0.5 — mA 输入电压 （关） VF(OFF) 在阳极相对于阴极进行测量。 –0.6 — 1.6 V VF 在阳极相对于阴极进行测量。 IF = 5 mA。 1.7 — 2.5 V 0.5 A 器件 — 15 — 2.5 A 器件 — 2.7 — 0.5 A 器件 — 5.0 — 2.5 A 器件 — 1.0 — (0.5 A)， IF = 0 （参见图 2） — 0.3 — (2.5 A)， IF = 0 （参见图 2） — 1.5 — (0.5 A)， IF = 10 mA （参见图 1） — 0.5 — (2.5 A)， IF = 10 mA （参见图 1） — 2.5 — (0.5 A)， I OUT = –50 mA — VDD–0.5 — 输入正向电压 输出阻抗高 （源） 输出阻抗低 （吸入） 输出高电流 （源） 输出低电流 （吸入） ROH ROL IOH IOL 高电平输出电压 VOH 低电平输出电压 VOL A A VDD–0.1 (2.5 A)， I OUT = –50 mA (0.5 A)， I OUT = 50 mA — 200 — 50 (2.5 A)， I OUT = 50 mA V mV 高电平供电电流 输出开路 IF = 10 mA — 1.2 — mA 低电平供电电流 输出开路 VF = –0.6 至 +1.6 V — 1.4 — mA IR = 10 mA。 在阳极处相对于阴极进行测量。 0.5 — — V — 10 — pF 输入反向电压 BVR 输入电容 CIN 注释： 1. 5、 8 和 10 V UVLO 器件 = 12 V ； 12.5 V UVLO 器件 VDD = 15 V。 2. 详见第 22 页上的 "9. 订购指南 "。 4 修订版 1.5 Si8220/21 表 1. 电气特性 （续） 1 VDD = 12 V or 15 V, VSS = GND, TA = –40 to +125 °C; 25 °C 时的典型规格。 参数 VDD 欠压阈值 2 符号 测试条件 VDDUV+ VDD 上升 最低 类型 最高 单位 5 V 阈值 参见第 15 页上的图 9。 5.20 5.80 6.30 V 8 V 阈值 参见第 15 页上的图 10。 7.50 8.60 9.40 V 10 V 阈值 参见第 15 页上的图 11。 9.60 11.1 12.2 V 12.5 V 阈值 参见第 15 页上的图 12。 12.4 13.8 14.8 VDD 欠压阈值 2 VDDUV– VDD 下降 5 V 阈值 参见第 15 页上的图 9。 4.90 5.52 6.0 V 8 V 阈值 参见第 15 页上的图 10。 7.20 8.10 8.70 V 10 V 阈值 参见第 15 页上的图 11。 9.40 10.1 10.9 V 12.5 V 阈值 参见第 15 页上的图 12。 11.6 12.8 13.8 VDD 锁定滞后 VDDHYS UVLO 电压 = 5 V — 280 — mV VDD 锁定滞后 VDDHYS UVLO 电压 = 8 V — 600 — mV VDD 锁定滞后 VDDHYS UVLO 电压 = 10 V 或 12.5 V — 1000 — mV 到高输出电平的传送延时 tPLH CL = 200 pF — — 60 ns 到低输出电平的传送延时 tPHL CL = 200 pF — — 40 ns 输出上升和下降时间 tR, tF (0.5 A), CL = 200 pF — — 30 (2.5 A), CL = 200 pF — — 20 交流规格 ns 器件启动时间 tSTART 从 VDD = VDD_UV+ 至 VO 的时间 — — 40 µs 共模 瞬态抑制 CMTI 输入开或关 VCM = 1500 V ( 请参阅图 3) — 30 — kV/µs 注释： 1. 5、 8 和 10 V UVLO 器件 = 12 V ； 12.5 V UVLO 器件 VDD = 15 V。 2. 详见第 22 页上的 "9. 订购指南 "。 修订版 1.5 5 Si8220/21 2. 测试电路 VDD = 15 V VDD IN_ Si822x 10 OUT_ SCHOTTKY VSS 1 µF 5V 100 µF + _ INPUT 1 µF CER Measure 10 µF EL RSNS 0.1 50 ns IF GND 200 ns INPUT WAVEFORM 图 1.IOL 吸收电流测试电路 VDD = 15 V VDD IN_ Si822x 10 OUT_ SCHOTTKY VSS 1 µF INPUT 1 µF CER Measure RSNS 0.1 50 ns IF GND 200 ns INPUT WAVEFORM 图 2.IOH 6 10 µF EL 源电流测试电路 修订版 1.5 100 µF 5V + _ Si8220/21 12 V Supply 267 Input Signal Switch Si822x VDD ANODE Isolated Supply VO Oscilloscope CATHODE GND Isolated Ground Input High Voltage Differential Probe Output Vcm Surge Output High Voltage Surge Generator 图 3. 共模瞬态抗扰度测试电路 修订版 1.5 7 Si8220/21 3. 法规信息 表 2. 法规信息 * CSA Si822x 获得 CSA Component Acceptance Notice 5A 认证。详情见文件 232873。 61010-1：强化绝缘工作电压最高为 600 VRMS ；基本绝缘工作电压最高为 600 VRMS。 60950-1：强化绝缘工作电压最高为 600 VRMS ；基本绝缘工作电压最高为 1000 VRMS。 60601-1：强化绝缘工作电压最高为 125 VRMS ；基本绝缘工作电压最高为 380 VRMS。 VDE Si822x 经 IEC 60747-5-5 认证。 详情见文件 5006301-4880-0001。 60747-5-5：基本绝缘工作电压最高为 891 Vpeak。 60950-1：强化绝缘工作电压最高为 600 VRMS ；基本绝缘工作电压最高为 1000 VRMS。 UL Si822x 经 UL1577 元件认可计划认证。 详情见文件 E257455。 为满足基本保护，最高额定绝缘电压为 5000 VRMS。 CQC Si823x 获得 GB4943.1-2011 认证。详情见证书 CQC13001096107 和 CQC13001096109。 额定最高 600 VRMS 增强绝缘工作电压；最高 1000 VRMS 基本绝缘工作电压。 * 注释 : 法规认证适用于额定值 2.5 kVRMS 的器件，其生产过程经过 1 秒的 3.0 kVRMS 测试。 法规认证适用于额定值 3.75 kVRMS 的器件，其生产过程经过 1 秒的 4.5 kVRMS 测试。 法规认证适用于额定值 5.0 kVRMS 的器件，其生产过程经过 1 秒的 6.0 kVRMS 测试。 详见第 22 页上的 "9. 订购指南 "。 8 修订版 1.5 Si8220/21 表 3. 绝缘和安全相关规格 数值 参数 符号 测试条件 WB SOIC-16 NB SOIC-8 单位 额定空气间隙 （间隙） 1 L(IO1) 最小 8.0 最小 4.9 mm 额定外部追踪 （爬电） 1 L(IO2) 最小 8.0 最小 4.01 mm 0.014 0.014 mm 600 600 V 最小内间距 （内间隙） 追踪阻抗 （耐漏电追踪指数） PTI 冲刷深度 ED 0.019 0.019 mm 阻抗 （输入到输出） 2 RIO 1012 1012 电容 （输入到输出） 2 CIO 2.0 1.0 pF 4.0 4.0 pF 输入电容 3 CI IEC60112 f = 1 MHz 注释： 1. 表中数值与额定爬电和间隙值对应，详见第 25 页上的 "12. 封装外形：16 引脚宽体 SOIC" 和第 23 页上的 "10. 封装外 形：8 引脚窄体 SOIC"。 VDE 认证的间隙和爬电限值：WB SOIC-16 封装为最小 8.5 mm， NB SOIC-8 封装为最小 4.7 mm。UL 未在元件级认证上设置间隙和爬电最小值。CSA 认证的间隙和爬电限值：NB SOIC-16 封装为最小 3.9 mm 和 WB SOIC-16 封装为最小 7.6 mm。 2. 为了确定阻抗和电容，将 Si82xx 转换为两端器件。引脚 1–8 (1-4, NB SOIC-8) 一起短路组成第一个端子，而 9–16 (5-8, NB SOIC-8) 一起短路组成第二个端子。然后测量两个端子间的参数。 3. 从输入引脚到接地点进行测量。 修订版 1.5 9 Si8220/21 表 4. IEC 60664-1 （VDE 0844 第 5 部分）额定值 参数 基本隔离组 安装分类 测试条件 规格 NB SOIC-8 WB SOIC-16 I I 额定主电压 < 150 VRMS I-IV I-IV 额定主电压 < 300 VRMS I-III I-IV 额定主电压 < 400 VRMS I-II I-III 额定主电压 < 600 VRMS I-II I-III 材料组 表 5. Si82xxC 的 IEC 60747-5-5 绝缘特性 * 特性 参数 最大工作绝缘电压 符号 测试条件 VIORM 输入到输出测试电压 VPR 允许的最高过压 （瞬态过压， tTR = 60 秒） VTR 方法 b1 （VIORM x 1.875 = VPR， 100% 生产测试， tm = 1 秒，部分放电 < 5 pC） 污染等级 （DIN VDE 0110，表 1） TS， VIO = 500 V 下绝缘阻抗 RS 单位 WB SOIC-16 NB SOIC-8 891 560 V 峰值 1671 1050 V 峰值 6000 4000 V 峰值 2 2 >109 >109 * 注释 : 此隔离器仅适用于安全限值内的基本电气隔离。安全值的保持通过保护电路保证。Si82xx 提供 40/125/21 的气候分类。 10 修订版 1.5 Si8220/21 表 6. IEC 安全限值 1 符号 参数 外壳温度 TS 安全输入、输出或供电电流 IS 器件功率耗散 2 PD 最高 测试条件 WB SOIC-16 NB SOIC-8 JA = 140 °C/W (NB SOIC-8), 100 °C (WB SOIC-16), VI = 5.5 V, TJ = 150 °C, TA = 25 °C 单位 150 150 °C 50 40 mA 1.2 1.2 W 注释： 1. 故障时允许的最大值；另见图 5 和 6 中的热降额曲线。 2. Si82xx 测试时采用 VO = 24 V， TJ = 150 ºC， CL = 200 pF，输入 2 MHz 50% 占空比矩形波。 表 7. 热特性 参数 类型 符号 JA Safety-Limiting Current (mA) 结至空气热阻 WB SOIC-16 NB SOIC-8 100 140 单位 ºC/W 60 50 40 VDD = 24 V 30 20 10 0 0 50 100 150 Case Temperature (ºC) 200 图 4. （WB SOIC-16）热降额曲线，依赖于符合 DIN EN 60747-5-5 的外壳温度安全限值 修订版 1.5 11 Safety-Limiting Current (mA) Si8220/21 60 50 VDDI = 24 V 40 30 20 10 0 0 50 100 150 Case Temperature (ºC) 200 图 5. （NB SOIC-8）热降额曲线，依赖于符合 DIN EN 60747-5-5 的外壳温度安全限值 表 8. 最大绝对额定值 1 参数 条件 最低 最高 单位 储存温度 2 TSTG –65 +150 C 工作温度 TA –40 +125 C 结点温度 TJ — 150 C 输出供电电压 VDD –0.6 30 V 输出电压 VO –0.5 VDD + 0.5 V 输入电流 IF(AVG) –100 30 mA 驱动器端供电电压 VDD –0.6 30 V 任一输出引脚上相对于地线的电压 VO –0.5 VDD + 0.5 V 峰值输出电流 （tPW = 10 μs，占空比 =0.2%） （0.5 安培版本 IOPK — 0.5 A 峰值输出电流 （tPW = 10 μs，占空比 =0.2%) （4.0 安培版本） IOPK — 4.0 A 铅焊料温度 （10 秒） — 260 C 最大隔离电压 (1 秒 ) NB SOIC-8 — 4250 VRMS 最大隔离电压 (1 秒 ) WB SOIC-16 — 6500 VRMS 注释： 1. 超出最大额定值可导致器件永久损坏。应在本资料表运行部分规定的条件下工作。 2. VDE 认证储存温度为 –40 至 150 °C。 12 修订版 1.5 Si8220/21 4. 应用信息 4.1. 工作原理 Si8220/21 是 Avago HPCL-3120、 HPCL-0302、 Toshiba TLP350 等常用光隔离驱动器的功能升级产品。 一个 Si8220/21 通道的工作情况与光耦合器类似，但调制的是 RF 载波而不是光。这种简单的结构提供了一个牢靠的隔离 数据路径，并且不要求有特别考虑事项，或要求启动时的初始化。 Si8220/21 的简化模块示意图见 图 6。 Transmitter Receiver RF OSCILLATOR A LED Emulator MODULATOR VDD SemiconductorBased Isolation Barrier B DEMODULATOR 0.5 to 2.5 A peak Gnd 图 6. 通道示意图 一个通道包含由基于半导体的隔离屏障所分隔的一个 RF 发射器和一个 RF 接收器。 对于发射器，输入 A 对 RF 振 荡器利用开 / 关键控提供的载波进行调制。 接收器含一个解调器，根据 RF 内部能量对输入状态进行解码，并通过输 出驱动器将结果应用到输出 B。 这种 RF 开 / 关键控方式优于脉冲代码方式，因其能够提供最佳的噪音抑制、低能耗 和更好的磁场抑制。 详见图 7。 Input Signal Modulation Signal Output Signal 图 7. 调制方式 修订版 1.5 13 Si8220/21 5. 技术说明 5.1. 器件行为 Si8220/21 的真值表摘要见 表 9。 表 9. Si8220/21 真值表摘要 阴极 阳极 二极管电流 (IF) VDD VO 备注 X X X < UVLO L 器件关闭 Hi-Z X 0 > UVLO L 逻辑低状态 X Hi-Z 0 > UVLO L 逻辑低状态 GND GND 0 > UVLO L 逻辑低状态 VF VF 0 > UVLO L 逻辑低状态 GND1 VF < IF(OFF > UVLO L 逻辑低状态 GND1 VF > IF(OFF) > UVLO H 逻辑高状态 注释： “X” = 无关。此真值表假设 VDD 已供电。如果 VDD 低于 UVLO，请参阅 第 15 页上的 "5.3. 欠压锁定 (UVLO)"，以了解更多信息。 5.2. 器件启动 输出 VO 在启动中保持为低，直到 VDD 在时间段 tSTART 中高于 UVLO+ 阈值。 之后，从阳极到阴极的电流 > IF(ON) 时输出转为高。 器件启动、正常工作和关闭时的器件行为见 图 8。 UVLO+ UVLO- VDDHYS VDD IF(ON) IHYS IF tSTART tPHL tPLH tSTART VO 图 8. Si8220/21 的工作行为 （IF > IF(MIN)， VF > VF(MIN) 时） 14 修订版 1.5 Si8220/21 5.3. 欠压锁定 (UVLO) UVLO 电路在 VDD 低于锁定阈值时无条件驱动 VO 变为低。图 8 至 11 说明在启动时 Si8220/21 保持在 UVLO 下，直到 VDD 上升至高于 VDDUV+。关闭时， Si8220/21 在 VDD 低于 UVLO 阈值加滞后 （即 VDD < VDDUV+ – VDDHYS）时 进入 UVLO。 V DDUV+ (Typ) 3.5 Output Voltage (VO) 10.5 Output Voltage (VO) 10.5 V DDUV+ (Typ) 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.5 Supply Voltage (V DD - V SS) (V) 9.0 图 9. Si8220/21 UVLO 响应 (5 V) 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 图 11. Si8220/21 UVLO 响应 (10 V) V DDUV+ (Typ) Output Voltage (VO) 10.5 Output Voltage (VO) 10.5 V DDUV+ (Typ) 6.0 9.5 Supply Voltage (V DD - V SS) (V) 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 11.3 9.5 10.0 11.8 12.3 12.8 13.3 13.8 14.3 14.8 15.3 Supply Voltage (V DD - V SS) (V) Supply Voltage (V DD - V SS) (V) 图 12. Si8220/21 UVLO 响应 (12.5 V) 图 10. Si8220/21 UVLO 响应 (8 V) 修订版 1.5 15 Si8220/21 6. 应用 6.1. 供电连接 VSS 可能偏离、高于或低于接地点，只要 VDD 相对于 VSS 的电压为最大值 24 V。 VDD 去耦电容器应尽可能靠近封 装引脚。 这些电容器的最佳值取决于负荷电流以及芯片及其电源间的距离。 推荐使用 0.1 和 10 µF 的旁路电容器， 以降低高频噪音和优化性能。 6.2. 布局考虑事项 最重要的是最大程度减少驱动器路径中的环路和 VDD 线路上的噪音。必须注意让 Si8220/21 尽可能靠近其驱动的器 件才能最大程度减少这些路径中的寄生电感。 另外， VDD 供电和接地轨迹路径必须尽可能短。 为此，强烈推荐使用 供电和接地平面。 如采取用于供电器件和小信号元件的独立接地和 VDD 平面的分割接地平面系统，可提供最佳的整 体降噪性能。 6.3. 功率耗散考虑 正确的系统设计必须保证在整个负荷范围内 Si8220/21 在安全热限值内工作。 Si8220/21 的总功率耗散是偏压供电 电流、内切换损失以及用于负荷的功率等所耗散功率的总和，见公式 1。 2 2 P D = V F I F Duty Cycle + V DD I QOUT + C int V DD F + C L V DD F where: 其中： PPD 是 Si8220 器件的合计功率耗散 (W) D is the total Si8220 device power dissipation (W) II F is是二极管电流 (20(10mA) the diode current mA max) F VF 是二极管阳极电压 （最大 2.8 V） V F is the diode anode voltage (2.8 V max) IQOUT 是驱动器最大偏压电流 (5 mA) I is the driver maximum bias curent (5 mA) CQOUT int 是内寄生电容 (370 pF) is the internal parasitic （最大 capacitance (370 pF) 24 V） VCDDint 是驱动器侧供电电压 is the driver-side FV DD 是切换频率 (Hz) supply voltage (24 V max) F is the switching frequency (Hz) 公式 1. Si8220/21 允许的最大功率耗散由封装热阻、大气温度和允许的最大结温度决定，如公式 2 所示。 T jmax – T A P Dmax -------------------------- ja where: 其中： PD 是 Si8220/21 最大功率耗散 (W) P Dmax MAX is the maximum allowable Si8220/21 power dissipation (W) Tjmax 是 Si8220/21 最大结温度 (150 °C) T is the Si8220/21 maximum junction temperature (145 °C) TAjmax 是大气温度 (°C) theSi8220/21 ambient temperature (°C) (125 °C/W) A is是 结至空气热阻 0Tja j is the Si8220/21 package junction-to-air thermal resistance (125 °C/W) 公式 2. PDmax、Tjmax、TA 和 ja 的替代值公式 2 可产生合计允许最大功率耗散 1.0 W。通过替代此限值和从第 4 页上的表 1 到 公 式 1 的 相 应 数 据 表 值 并 简 化 可 找 到 允 许 的 最 大 负 荷。 结 果 是 公 式 3，其 中 VF = 2.8 V、 IF = 10 mA 和 VDD = 18 V。 16 修订版 1.5 Si8220/21 –3 – 10 1.35 10 C L max = ------------------------------ – 1.85 10 F where: 其中： CL(max) 是切换频率 F 下允许的最大负荷 (pF) C L max is the maximum load (pF) allowable at switching frequency F 公式 3. 公式 3 的图例见 图 13。 图中沿负荷线的每个点都代表相应切换频率下 CL 的封装耗散限值。 Load (pF) 10,000 1,000 100 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 Frequency (KHz) 图 13. 相对于切换频率的最大负荷 6.4. 输入电路设计 光电驱动器制造商一般推荐图 14 和 15 中所示电路。 这些电路专为改善光耦合器输入共模抑制和噪声抑制而设计。 OPTO DRIVER Vdd 1 N/C R1 2 ANODE Control Input 3 CATHODE Open Drain or Collector 4 N/C 图 14. 光电驱动器输入电路 修订版 1.5 17 Si8220/21 Vdd OPTO DRIVER 1 N/C 2 ANODE Control Input Q1 3 CATHODE R1 4 N/C 图 15. 高 CMR 光电驱动器输入电路 图 14 的光耦合驱动器在控制输入处于高时打开 LED。 但是，从 LED 到供电和接地导体的内部电容性耦合可在阳极 和阴极输入处于高共模瞬态时，暂时强迫 LED 进入关闭状态。 图 15 中所示电路解决了此问题，它通过采用足够低 的 R1 值，使 LED 过度驱动，从而保证其在输入共模瞬态下仍保持打开。 Q1 在低输出状态下关闭 LED，再次提高 共模瞬态抑制。 在有些光电驱动器应用中，还建议在控制输入关闭以防止 LED 激励后产生耦合噪声时反向偏压 LED。 Si8220/21 可配合图 14 和 15 中的输入电路使用；但有些应用中要求提高 R1 值以将 IF 限制到最大 20 mA。 Si8220/21 传送延时和输出驱动不会对 IF(MIN) 和 IF(MAX) 之间的 IF 值发生改变。 新设计应考虑 图 16 输入电路的配 置，要比图 14 和 15 中的更有效。 如图所示，S1 代表任何合适的开关，例如 BJT 或 MOSFET、模拟传送门、处理 器 I/O 等。 另请注意， Si8220/21 输入可以由能够引入最小 5 mA 的任何 MCU 或 FPGA 的 I/O 端口驱动 （见 图 16C）。 +5V R1 Control Input S1 +5V Si8220/21 Control Input 1 N/C 2 ANODE 3 CATHODE 4 N/C 1 N/C 2 ANODE S1 See Text 3 R1 Si8220/21 Si8220/21 4 MCU I/O Port pin N/C 2 ANODE 3 CATHODE CATHODE R1 N/C 1 4 N/C See Text A B 图 16. Si8220/21 其他输入电路配置 18 修订版 1.5 C Si8220/21 6.5. Si8220/21 以及 HCPL-0302 和 HCPL-3120 光电驱动器间的参数差异 Si8220/21 的设计是为了直接替代 HCPL-3120 和类似的光电驱动器。 其参数差异总结于下面的表 10 中。 表 10. Si8220 和 HCPL-3120 的参数差异 参数 Si8220 HCPL-3120 单位 24 30 V 5 至 20 7 至 16 mA OFF 状态输入电压 –0.6 至 +1.6 –0.3 至 +0.8 V 最大反向输入电压 0.5 –5 V UVLO 阈值 （上升） 5.8 至 13.8 11.0 至 13.5 V UVLO 阈值 （下降） 5.5 至 12.8 9.7 至 12.0 V 0.28 至 1 1.6 V 20 100 ns 最大供电电压 ON 状态正向输入电流 UVLO 滞后 串联 10 nF 时到 10 的上升 / 下降时间 表 11. Si8221 和 HCPL-0302 的参数差异 参数 Si8221 HCPL-0302 单位 24 30 V 5 至 20 7 至 16 mA OFF 状态输入电压 –0.6 至 +1.6 –0.3 至 +0.8 V 最大反向输入电压 0.5 –5 V UVLO 阈值 （上升） 5.8 至 13.8 11.0 至 13.5 V UVLO 阈值 （下降） 5.5 至 12.8 9.7 至 12.0 V 0.28 至 1 1.6 V 20 100 ns 最大供电电压 ON 状态正向输入电流 UVLO 滞后 串联 10 nF 时到 10 的上升 / 下降时间 6.5.1. 供电电压和 UVLO Si8220/21 的供电电压限于 24 V 而 UVLO 电压阈值与之成比例对应。光电替代设备的供电电压应限制为 24 V 或更 低。 6.5.2. 输入二极管差异 Si8220/21 输入电路要求比光电驱动器更小的电流和两倍的关闭状态噪声容限。 但过度驱动 LED 的高 CMR 光电驱 动器设计（见 图 15）可能要求提高 R1 值，以将输入电流限制到最大 20 mA。 另外，在关闭状态下将 Si8220/21 输 入二极管驱动到反向偏压也没有优势。 因此，采用此技术的光电驱动器电路应保持负偏压电路无元件或修改电路 （例如增加钳位二极管），以保证 Si8220/21 的阳极引脚在反向偏压时相对于阴极不高于 -0.8 V。 修订版 1.5 19 Si8220/21 7. 引脚概览 （窄体 SOIC） NC ANODE CATHODE NC Si8220/21 8 1 7 2 6 3 5 4 VDD VO VO VSS Top View 图 17. 引脚配置 表 12. 引脚概览 （窄体 SOIC） 引脚 名称 说明 1 NC 无连接。 2 阳极 LED 仿真器的阳极。 VO 遵从相对于阴极输入应用到此输入上的信号。 3 阴极 LED 仿真器的阴极。 VO 遵从相对于阳极输入应用到此输入上的信号。 4 NC 无连接。 5 VSS 外部 MOSFET 源连接和 VDD 的接地参考。 此端子一般接地，但可连接到负电压或正电压。 6 VO 输出信号。 引脚 6 和 7 在内部连接。 7 VO 输出信号。 引脚 6 和 7 在内部连接。 8 VDD 相对于 VSS 的输出侧供电输入 （最大 24 V）。 * 注释 : 无连接。这些引脚未在内部连接。 20 修订版 1.5 Si8220/21 8. 引脚概览 （宽体 SOIC） Si8220 CATHODE NC NC ANODE NC NC CATHODE NC 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 VSS VDD NC VO NC NC NC VSS Top View 表 13. 引脚概览 （宽体 SOIC） 引脚 名称 说明 1,7 阴极 LED 仿真器的阴极。 VO 遵从相对于阳极输入应用到此输入上的信号。 2,3,5,6,8, 10,11,12, 14 NC* 无连接。 4 阳极 LED 仿真器的阳极。 VO 遵从相对于阴极输入应用到此输入上的信号。 9,16 VSS 外部 MOSFET 源连接和 VDD 的接地参考。此端子一般接地，但可连接到负电压或正电压。 13 VO 输出信号。 15 VDD 相对于 VSS 的输出侧供电输入 （最大 24 V）。 * 注释 : 无连接。这些引脚未在内部连接。 修订版 1.5 21 Si8220/21 9. 订购指南 表 14. Si8220/21 订购指南 * 订购选项 新订购 零件号 (OPN) 输入配置 Si8220BB-D-IS 光电输入 2.5 A (HCPL-3120) 8 V，默认 Si8220CB-D-IS 光电输入 2.5 A (HCPL-3120) Si8220DB-D-IS 光电输入 Si8220BD-D-IS 峰值输出电流 （交叉引用） UVLO 电压 绝缘额定值 温度范围 封装类型 2.5 kVrms –40 至 +125 °C SOIC-8 10 V 2.5 kVrms –40 至 +125 °C SOIC-8 2.5 A (HCPL-3120) 12.5 V 2.5 kVrms –40 至 +125 °C SOIC-8 光电输入 2.5 A (HCPL-3120) 8 V，默认 5.0 kVrms –40 至 +125 °C WB SOIC-16 Si8220CD-D-IS 光电输入 2.5 A (HCPL-3120) 10 V 5.0 kVrms –40 至 +125 °C WB SOIC-16 Si8220DD-D-IS 光电输入 2.5 A (HCPL-3120) 12.5 V 5.0 kVrms –40 至 +125 °C WB SOIC-16 Si8221CC-D-IS 光电输入 0.5 A (HCPL-0302) 10 V 3.75 kVrms –40 至 +125 °C SOIC-8 Si8221DC-D-IS 光电输入 0.5 A (HCPL-0302) 12.5 V 3.75 kVrms –40 至 +125 °C SOIC-8 * 注释 : 根据 JEDEC 行业标准分类和和峰值焊接温度，所有封装均符合 RoHS 要求，且峰值回熔温度为 260 °C。 所有设备均有 AEC Q100 认证。 可交换使用 “Si” 和 “SI”。 22 修订版 1.5 Si8220/21 10. 封装外形： 8 引脚窄体 SOIC 图 18 给出了 Si822x 的封装细节。 表 15 列出了图示中尺寸的值。 图 18. 8 引脚小外形集成电路 (SOIC) 封装 表 15. 封装示意图尺寸 符号 毫米 最低 最高 A 1.35 1.75 A1 0.10 0.25 A2 1.40 REF 1.55 REF B 0.33 0.51 C 0.19 0.25 D 4.80 5.00 E 3.80 4.00 e 1.27 BSC H 5.80 6.20 h 0.25 0.50 L 0.40 1.27 0 8 修订版 1.5 23 Si8220/21 11. 焊盘图案： 8 引脚窄体 SOIC 图 19 列出了推荐的 8 引脚窄体 SOIC 中 Si822x 的焊盘图案细节。表 表 16 列出了图示中尺寸的值。 图 19. PCB 焊盘图案： 8 引脚窄体 SOIC 表 16. PCM 焊盘图案尺寸 （8 引脚窄体 SOIC） 尺寸 特点 (mm) C1 导热垫列间距 5.40 E 导热垫行间距 1.27 X1 导热垫宽 0.60 Y1 导热垫长 1.55 注释： 1. 此焊盘图案设计基于 IPC-7351 图案 SOIC127P600X173-8N，用于密度级 B （焊盘突出中值）。 2. 所有显示的尺寸为最大材料情况 (MMC) 下且假设有 0.05 mm 的板卡制造公差。 24 修订版 1.5 Si8220/21 12. 封装外形： 16 引脚宽体 SOIC 图 20 给出了 Si822x 数字隔离器的封装细节。 表 17 列出了图示中尺寸的值。 图 20. 16 引脚宽体 SOIC 修订版 1.5 25 Si8220/21 表 17. 封装图尺寸 尺寸 A 最小值 — 最大值 2.65 A1 0.10 0.30 A2 2.05 — b 0.31 0.51 c 0.20 0.33 D 10.30 BSC E 10.30 BSC E1 7.50 BSC e 1.27 BSC L 0.40 1.27 h 0.25 0.75 0° 8° aaa — 0.10 bbb — 0.33 ccc — 0.10 ddd — 0.25 eee — 0.10 fff — 0.20 注释： 1. 所示的所有尺寸均以毫米 (mm) 为单位，除非另有说明。 2. 尺寸和公差注法符合 ANSI Y14.5M-1994。 3. 此图符合 JEDEC Outline MS-013, Variation AA。 4. 推荐的回流曲线依据的是 JEDEC J-STD-020C 针对小型无铅部件的 规格。 26 修订版 1.5 Si8220/21 13. 焊盘图案：16 引脚宽体 SOIC 图 21 列出了推荐的 16 引脚宽体 SOIC 中 Si822x 的焊盘图案细节。 表 18 列出了图示中尺寸的值。 图 21. 16 引脚 SOIC 焊盘图案 表 18. 16 引脚宽体 SOIC 焊盘图案尺寸 尺寸 特点 (mm) C1 导热垫列间距 9.40 E 导热垫行间距 1.27 X1 导热垫宽 0.60 Y1 导热垫长 1.90 注释： 1. 此焊盘图案设计基于 IPC-7351 图案 SOIC127P1032X265-16AN，用于密度级 B （焊盘突出中值）。 2. 所有显示的尺寸为最大材料情况 (MMC) 下且假设有 0.05 mm 的板卡制造公差。 修订版 1.5 27 Si8220/21 14. 顶部标记：16 引脚宽体 SOIC Si82CIUV YYWWTTTTTT e4 TW 图 22. 16 引脚宽体 SOIC 顶部标记 表 19. 16 引脚宽体 SOIC 顶部标记说明 线路 1 标记： 线路 2 标记： 线路 3 标记： 28 Si82 = ISOdriver 产品系列 C = 输入配置 2 = 光电输入类型 基础零件号 I = 输出峰值电流 订购选项 0 = 2.5 A ； 1 = 0.5 A （请参阅 “ 订购指南 ” 以获得更 U = UVLO 等级 多信息） A = 5 V ； B = 8 V ； C = 10 V ； D = 12.5 V V = 隔离额定值 A = 1 kV ； B = 2.5 kV ； C = 3.75 kV ； D = 5.0 kV YY = 年份 WW = 工作周 由装配车间指定。与模具日期中的年份和工作周相对应。 TTTTTT = 制造代码 《装配采购单》中的制造代码。 圆形 = 直径 1.5 mm ( 居中对齐 ) “e4” 无铅符号 原产地 ISO 代码缩写 TW = 台湾 修订版 1.5 Si8220/21 15. 顶部标记：8 引脚窄体 SOIC Si82CIUV TTTTTT e4 YYWW 图 23. 引脚窄体 SOIC 顶部标记 表 20. 引脚窄体 SOIC 顶部标记说明 线路 1 标记： 基础零件号 订购选项 （请参阅 “ 订购指南 ” 以获得更 多信息） Si82 = ISOdriver 产品系列 C = 输入配置 2 = 光电输入类型 I = 输出峰值电流 0 = 2.5 A ； 1 = 0.5 A U = UVLO 等级 A = 5 V ； B = 8 V ； C = 10 V ； D = 12.5 V V = 隔离额定值 A = 1 kV ； B = 2.5 kV ； C = 3.75 kV ； D = 5.0 kV 线路 2 标记： TTTTTT 由装配承包商指定的制造日期代码。 线路 3 标记： 圆形 = 直径 1.1 mm 左对齐 “e4” 无铅符号 修订版 1.5 29 Si8220/21 文档修改列表 修订版 0.22 至修订版 1.0 更新了表 2、 3、 4 和 5。 更新了 “9. 订购指南 ” 。 添加了 “ 器件标记 ” 部分。 修订版 1.0 至修订版 1.1 已更新第 9 页上的表 5。 已更新第 11 页上的表 8。 已删除文字解说和图 17。 已将第 21 页上的 “9. 订购指南 ” 中的所有封装更改为 MSL2A。 已更新 “12。封装外形：第 24 页上的 16 引脚宽体 SOIC。 更新了第 25 页上的 "12. 封装外形：16 引脚宽体 SOIC". 修订版 1.1 至修订版 1.2 更新了第 4 页上的表 1 中的 CMTI 规范。 更新了参见第 6 页上的图 1。 更新了参见第 6 页上的图 2。 添加了参见第 7 页上的图 3。 更新了第 10 页上的表 5。 在第 22 页上的表 14 中添加了 “ 注意 ”。 修订版 1.2 至修订版 1.3 全文增加了对 AEC-Q100 认证的引用。 将所有对 60747-5-2 的引用更改为 60747-5-5。 全文增加了对 CQC 的引用。 删除了所有对湿度敏感水平的引用。 修订版 1.3 至修订版 1.4 更新了 表 14，订购部件号。 增加了修订版 D 订购零件号。 删除了之前修订版本的所有订购零件号。 修订版 1.4 至修订版 1.5 更新了第 8 页上的表 2。 添加了合规认证 (CQC) 号码。 更新了第 9 页上的表 3。 更新了侵蚀深度规格。 更新了第 12 页上的表 8。 将 IO 替换为峰值输出电流 IOPK。 在第 12 页上的表 8 中添加了 TJ 规格。 更新了参见第 17 页上的图 14。 更新了参见第 18 页上的图 15。 更新了参见第 18 页上的图 16。 更新了第 22 页上的 "9. 订购指南 "。 更新了 AEC-Q100 注意部分。 30 修订版 1.5 Si8220/21 联系信息 Silicon Laboratories Inc. 400 West Cesar Chavez Austin, TX 78701 电话：1+(512) 416-8500 传真：1+(512) 416-9669 免费电话：1+(877) 444-3032 请访问 Silicon Labs 技术支持网页： https://www.silabs.com/support/pages/contacttechnicalsupport.aspx 并注册，以提出技术支持请求。 专利通告 Silicon Labs 投资研发创新型低功耗、小尺寸、模拟密集型混合信号解决方案，以帮助我们的客户在市场中脱颖而出。 Silicon Labs 广泛的专利 组合是我们独特方式和世界一流工程团队的有力证明。 本文中信息在出版时在所有方面应该是准确的，但可随时修改，恕不另行通知。 Silicon Laboratories 对于错误和遗漏不承担任何责任，且不 会对因使用此处信息而导致的任何后果负责。 另外，Silicon Laboratories 对于所述功能或参数的正常使用不承担责任。 Silicon Laboratories 保留修改文中信息的权利，恕另行通知。 Silicon Laboratories 不担保、不表示或不保证其产品适于任何特定目的，也不承担应用或使用任何 产品或电路而引发的任何责任，且特别声明不承担任何和所有责任，包括但不限于果或偶然损害。 Silicon Laboratories 产品不用于支持或维 持生命的应用中，也不用于因 Silicon Laboratories 产品故障可能导致人身伤害或死亡的任何其他应用中，也不是为上述应用而设计或授权。 如果买方购买或使用 Silicon Laboratories 的产品用于任何非设计用途或未经授权的应中，买方应保证 Silicon Laboratories 不会受到任何索 赔和损害。 Silicon Laboratories 和 Silicon Labs 是 Silicon Laboratories Inc. 的商标。 本文中其他产品或品牌名称是各自所有者的商标或注册商标。 修订版 1.5 31 Smart. Connected. Energy-Friendly Products Quality Support and Community www.silabs.com/products www.silabs.com/quality community.silabs.com Disclaimer Silicon Laboratories intends to provide customers with the latest, accurate, and in-depth documentation of all peripherals and modules available for system and software implementers using or intending to use the Silicon Laboratories products. Characterization data, available modules and peripherals, memory sizes and memory addresses refer to each specific device, and "Typical" parameters provided can and do vary in different applications. Application examples described herein are for illustrative purposes only. Silicon Laboratories reserves the right to make changes without further notice and limitation to product information, specifications, and descriptions herein, and does not give warranties as to the accuracy or completeness of the included information. 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