通过集成数据和电源隔离来保护我们的工业系统设计

冬天越来越短，气温在上升，我想你会同意我的观点，过热从来都不是一件好事。无论是人、设备还是比萨饼，我们都不希望任何东西过热。

随着对工业应用（例如工厂自动化和电网基础设施设备）的需求增加，向系统添加更多功能的需求也随之增加。这给电源管理系统带来了更大的压力，需要在不提高设备温度的情况下为各种电路供电以获得最佳性能。

数据隔离器可以轻松实现信号隔离。但是仅仅隔离数据是不够的；电源也需要隔离。在某些情况下，有两个隔离电源可用于直接为隔离器的初级和次级侧供电。但在其他情况下，应用程序可能没有辅助电源。在这些情况下，我们需要从主电源生成隔离的辅助电源。

图 1 显示了使用分立元件构建隔离电源的解决方案。由初级电源供电的变压器驱动器产生一个推挽信号来驱动隔离变压器的初级绕组。根据匝数比，变压器提供所需的次级电压。变压器后面的整流二极管有助于整流，后面的稳压器有助于消除纹波。如果整流器的输出对于系统性能来说足够好，甚至可以取消稳压器。

图 1：使用分立元件的隔离电源

由于外部变压器，该解决方案提供了非常好的功率传输效率，但使用多个组件会增加系统成本和电路板空间。如果系统使用多个隔离器，则需要复制分立电路以匹配隔离器的数量——你猜对了——这会增加系统成本和电路板空间。

提供隔离信号和电源的单芯片解决方案可以解决这些问题。图 2 显示了 TI 的 ISOW7841，它提供隔离的数据和电源。isow7841是一个高性能、四通道增强数字隔离器系列，具有集成的高效功率转换器。集成的DC-DC变换器提供高达650 mW的隔离功率，效率高，可配置为各种输入和输出电压配置。因此，在空间受限的隔离设计中，这些设备消除了单独隔离电源的需要。

isow784系列器件在隔离CMOS或LVCMOS数字I/ o的同时，提供高电磁抗扰度和低发射。信号隔离通道有一个逻辑输入和输出缓冲器，由双电容二氧化硅(SiO2)绝缘屏障隔开，而功率隔离采用薄膜聚合物隔离的片上变压器作为绝缘材料。可提供各种配置的正向反向通道。如果输入信号丢失，默认输出是高的isow784设备不带F后缀，低的设备带F后缀(seeVSI和VSO可以是VCC或VISO，这取决于通道方向)。

这些设备有助于防止数据总线上的噪声电流，如RS-485、RS-232和CAN，或其他电路进入当地地面，干扰或损坏敏感电路。通过创新的芯片设计和布局技术，器件的电磁兼容性得到了显著提高，以简化系统级ESD、EFT、浪涌和排放合规。功率转换器的高效率允许在较高的环境温度下工作。该器件采用16针SOIC宽体(SOIC- wb) DWE封装。

00mbps数据速率

在1kV RMS工作电压下，预计使用寿命为100年

可达5000V RMS隔离等级

高达10kV PK浪涌能力

±100 kV /µminimumCMTI

集成高效DC-DC变换器与片上变压器

3-V至5.5 v宽输入电源范围

调节5v或3.3 v输出

输出功率高达0.65 w

5v到5v;5v ~ 3.3 V:可用负载电流≥130ma

3.3 V ~ 3.3 V:有效负载电流≥75ma

缓启动以限制涌流电流

过载和短路保护

热关机

默认输出:High和Low

低传播延迟:13ns型(5v电源)

强大的电磁兼容性(EMC)

系统级ESD、EFT和手术免疫

±8kv IEC 61000-4-2接触放电保护跨越隔离屏障

Lowemissions

16针宽SOIC封装

扩展温度范围:-40°C至+125°C

该设备不需要外部组件来构建隔离电源。集成的 DC/DC 转换器提供高达 650mW 的隔离输出功率，并且由于它是集成的，因此减少了电路板空间和解决方案成本。

图 2：采用 ISOW7841 的模数转换器传感应用的隔离电源和串行外设接口

我们可能会想到的一个问题是这种集成是否可能导致设备和系统温度升高，从而导致系统故障。与其他可用的集成解决方案相比，具有集成电源的 ISOW7841 增强型隔离器的效率提高了 80%，如图 3 所示。高效的电源传输有助于在保持冷却的同时向输出驱动更多功率，提供额外的功率来驱动其他设备. 更高的效率还有助于促进多个通道靠得更近，而不会过热。 

图 3：ISOW7841 与竞争解决方案之间的效率比较