意法半导体智能断路器开发首选SCR：超小尺寸，支持750V浪涌峰压-Ameya360 electronic components purchasing network

意法半导体智能断路器开发首选SCR：超小尺寸，支持750V浪涌峰压

Release time：2023-11-23

author：AMEYA360

source：网络

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　　X0115ML是ST为接地故障断路器（GFCI）和电弧故障断路器（AFCI）设计的首款断态浪涌峰值电压750V的紧凑型可控硅整流器（SCR），SOT23-3L微型封装（2.75mm x 3.10mm），可能是当今市场上最小的晶闸管，工程师可以节约很大的电路板空间，同时让工业应用具有600V的断态重复峰值电压。此外，1.1mm的爬电距离满足UL 840规范的120V AC无涂层绝缘要求。

　　为什么要设计工业GFCI和AFCI？

　　关系生命安全的设计

意法半导体智能断路器开发首选SCR：超小尺寸，支持750V浪涌峰压

　　▲断路器

　　根据美国劳工统计局2021年致死工伤调查（在册最新一年的数据），因接触有害物质或环境致死的798人中，触电是第二大死因（152人），仅次于接触有害物质（551人）致死。简而言之，触电伤亡是工厂工人和在工业环境中工作的工人面临的一个真实风险，尤其是在有水的情况下，风险程度非常高，即使是 10mA的“小”电流也能引起严重的休克，而50mA足以引起肌肉收缩，使心脏骤停或引起呼吸窘迫。

　　预防触电

　　为了保护人们用电安全，美国国家电气法规开始要求在住宅设备中使用GFCI断路器，并于2000年出台了高压工业环境（480V至600V）法规。大多数人都熟悉断路器中的传统的GFCI。该系统监视火线和零线的电流，以确定从插座流出的电流是否返回地线。如果两条电线的电流相等，则一切正常。如果存在差异，系统就会认为电流向其他地方，例如，流经触电的人体。在这种情况下，GFCI就会使火线和零线之间的电路跳闸，中断电流。

　　预防电气火灾

　　另一方面，AFCI监测电弧形状和电弧幅度，检测危险情况，防止发生电气火灾。因此，AFCI的电子设计比GFCI更加复杂。电弧故障可能是由电线松动或过热或电流流过意外物体引起的。所有这些事件都会产生高强度和大规模的温度激增，如果不加以控制，将会引发电气火灾。腐蚀或液体也会导致电弧故障，在工业环境中，这可能造成严重后果。

　　让工厂变得更智能

　　除了此类产品适用的国家法规之外，制造商还设计更智能的GFCI和AFC，将其连接到云端，收集更多的用电数据，实现自动化操作。当想要简化设备维护时，断路器远程重置是一个非常有用的功能。然而，这些功能需要更多的电子元器件，例如，微控制器、射频收发器、传感器等。因此，新的GFCI和AFCI必须封装更多的组件，但是电路板尺寸必须保持不变，这意味着工程师必须寻找更小的组件，才能提高总体设计密度。然而，考虑到产品的关键特性，他们不能为了更小的封装而牺牲器件性能及稳定可靠性。

　　X0115ML，在工业GFCI或AFCI中集成可控硅整流器，需要注意些什么？

　　栅极触发电流

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　　▲X0115ML的标记符号

　　SCR是GFCI或AFCI的核心组件，栅极灵敏度是许多人关注的SCR的第一个技术特性。过去，工业环境中的设备不能太灵敏，否则会导致误跳闸，保护设备会认为存在故障，而实际上并没有故障。究其原因，随着设备使用的功率显著增加，正常电流变化明显高于住宅用设备。X0115ML的栅极触发电流范围是30?A至150?A，灵敏度足以适合各类应用，同时仍然符合工业环境标准。

　　浪涌峰值电压

　　另一个关键指标是断态浪涌峰值电压，这是决定晶闸管鲁棒性的关键指标。事实上，为了达到预期效果，尤其是在工业环境中，SCR必须能够应对非常高的尖峰电压。传统上，大功率系统器件的断态浪涌峰值电压是700V，而X0115ML则升至750V。因此，工程师可以享受更大的电压安全裕量，并可以在更多设备中使用ST器件。此外，我们还提供了更强的EMI保护措施，以提高其在使用寿命内的鲁棒性。

　　封装尺寸与整体尺寸

　　最后，随着智能电路中断器市场激增，对电子元器件的需求日益提高，尺寸成为一个越来越重要的衡量指标。通常，工业GFCI和AFCI用SCR采用SOT-223封装。因此，通过改用SOT-23-3L封装，我们可以将器件整体占板面积减少到标准封装的五分之一，而不会影响性能或UL 840要求。X0115ML甚至比X0115MUF还要小，后者具有相同的栅极触发电流和直接浪涌电压，不同的是采用5.6mm x 3.05mm的SMBflat-3L封装。

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行业新闻

意法半导体推出创新的、带有可改变存储配置存储器的车规微控制器解决方案，确保满足下一代汽车的未来需求

　　◆ 新推出的Stellar微控制器内置了xMemory技术，它为正在发展的软件定义汽车以及不断进化的电动汽车架构提供了一个更为简单且具有更强可扩展性的计算平台。　　◆ 可改变存储配置让汽车厂商能够不断开发创新应用，包括更多需要大容量内存的人工智能应用。　　◆ xMemory基于意法半导体专有相变存储器(PCM)技术，2025年底投产。　　意法半导体(简称ST)推出内置xMemory的Stellar车规级微控制器。xMemory是Stellar系列汽车微控制器内置的新一代可改变存储配置的存储器，可彻底改变开发软件定义汽车(SDV)和升级电动汽车平台的艰难过程。　　不同于因需要不同存储容量而使用多个不同芯片从而引发不同芯片相关的开发和测试成本，内置xMemory的Stellar微控制器是当前市场首款可改变存储配置的创新产品，为客户提供了高能效和高性价比的解决方案。采用从一开始就简化的方法，汽车制造商能够使他们的汽车设计更具前瞻性。这种方法不仅在开发周期的后期为创新提供了更大的空间，还有助于降低开发成本，并通过简化供应链流程来加快产品的上市时间。Stellar P6 MCU是首款采用xMemory的Stellar微控制器，主要用于电动汽车的电驱系统新趋势和架构，计划将于2025年底投产。　　意法半导体产品部副总裁兼通用和汽车微控制器部门总经理Luca Rodeschini表示：“ST为汽车市场开发出了存储单元很小的终极存储器技术，可满足汽车应用对更大内存的无尽需求。内置xMemory的Stellar将为汽车制造商简化未来汽车架构，优化成本效益，并大大缩短产品开发时间。这种创新解决方案让相同的硬件提供原有的基础设施和功能，并为持续不断的产品创新预留充足的内存空间，让汽车制造商安心地推出数字化和电动化创新技术，保持市场领先地位，延长汽车的生命周期。”　　博世副总裁Axel Aue表示：“通过嵌入相变存储器(PCM)技术，Stellar提供了一种稳健、灵活的存储器概念，可用于开发高性能、适应性强的汽车微控制器。相较于其他存储器技术，例如，RRAM和MRAM，PCM技术的应用优势更强。”　　Moor Insights&Strategy首席分析师Anshel Sag表示：“通过选择Stellar xMemory这样的可扩展MCU，工程师不必为支持新的软件功能，花费昂贵的成本重新设计硬件。无论是在开发早期还是发布后的OTA更新过程中，随着软件代码量不断增加，同一平台可以现场升级，从而显著缩短了产品上市时间和维护成本。像Stellar这样采用xMemory的解决方案还能简化物流流程，提高物料清单效率。”　　工作原理　　汽车制造商需要无缝集成软硬件，最大限度地提高软硬件跨平台二次使用率，延长汽车生命周期，并增强数字化功能。随着汽车行业不断推出新功能、新法规和对内存容量需求很大的人工智能和机器学习应用，以及无线(OTA)更新功能，软件变得日益复杂，内存容量成为汽车发展的瓶颈。为解决这一挑战，意法半导体的xMemory存储技术可以在开发阶段或车辆使用过程中扩大内存容量，让汽车应用程序更新升级不再受内存空间的限制。　　在软件定义汽车生命周期开始阶段选择正确的MCU，可确保微控制器能够为未来的软件开发提供充足的存储空间。选择存储容量过高的芯片会增加成本，而选择存储容量过低的芯片则可能需要后期寻找存储空间更大的MCU，并重新测试，从而增加了开发复杂性、成本和时间。内置xMemory的Stellar MCUs的价格具有竞争力，可以节省更多成本，简化OEM供应链，并延长产品寿命，最大限度扩大跨项目二次使用率，缩短检测时间，从而加快产品上市。　　PCM相变存储器和Stellar技术说明：　　ST一直处于汽车MCU从闪存向嵌入式非易失性存储器(eNVM)技术过渡的前沿，推出了首个车规28nm eNVM技术，同时这也是xMemory的核心技术。与RRAM、MRAM、闪存等NVM技术相比，ST的嵌入式相变存储器(ePCM)在能效、性能、面积(PPA)指标上表现更好。　　PCM拥有业界最小的eNVM存储单元，18nm和28nm PCM的存储密度是其他技术的两倍。　　即将推出的基于Arm®处理器的Stellar P和G两大系列MCU将集成新一代PCM技术。Stellar产品家族是为汽车应用专门设计，可简化车辆电气架构，提高能效、灵活性和安全性。产品组合包括用于中央域控制器、域控制器和车身控制的Stellar Integration MCU(Stellar P和Stellar G系列)，它们整合了多个独立通信和控制ECU功能，还有一个针对电动汽车电驱模块电源转换器控制优化的Stellar Electrification MCU(Stellar E系列)。

2025-05-09 13:35 reading：244

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