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  • 隔离器有哪些优势?如何选择合适的隔离器?

    隔离器有哪些优势?如何选择合适的隔离器?

    以下内容中,小编将对隔离器的必要性、隔离器的优势以及隔离器的选择标准的相关内容进行着重介绍和阐述,希望本文能帮您增进对隔离器的了解,和小编一起来看看吧。 一、使用隔离器的必要性 首先,我们来看看什么是隔离器以及使用隔离器的必要性。 隔离器是一种采用线性光耦隔离原理,将输入信号进行转换输出。输入,输出和工作电源三者相互隔离,特别适合与需要电隔离的设备仪表配用。隔离器又名信号隔离器,是工业控制系统中重要组成部分。 隔离器从原理上一般分为三类:光电隔离器,电感式隔离器和电容隔离器。习惯上将第一类称为光耦,后面两类称为隔离器。这三类隔离器应用广泛,各有优缺点,其主要厂商都不断投入新的研发以获得更大市场份额。光耦方面,Avago、Vishay、Toshiba、松下、NEC,以及台湾冠西、佰鸿等都是行业翘楚,尤以Avago占市场优势地位。隔离器市场则以ADI、NVE、TI、Silicon Labs等厂商占主力。 在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构,它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、微安级的小信号,又有几十伏,甚至数千伏、数百安培的大信号;既有低频直流信号,也有高频脉冲信号等等,构成系统后往往发现在仪表和设备之间信号传输互相干扰,造成系统不稳定甚至误操作。出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外,还有一个十分重要的因素就是由于仪表和设备之间的信号参考点之间存在电势差,因而形成“接地环路”造成信号传输过程中失真。因此,要保证系统稳定和可靠的运行,“接地环路”问题是在系统信号处理过程中必须解决的问题。 二、如何选择数字隔离器 如何在设计中选择合理和适用的数字隔离器,周晓奇给电子工程师们提出了几点建议: (一)要了解自己的应用中的隔离强度需求: A. 实际应用中的工作电压为多少?什么样的电网条件? B. 实际的应用环境是怎样的? C. 在该应用中采取的隔离保护级别是怎样的?保护对象是怎样的类型? D. 该应用应该符合哪个具体国际安全规范? (二)了解自己对隔离器工作速度和接口的要求: A.在该应用中的最高速率是多少? B.一个封装中需要多少个通道? C. 在该应用中的时序要求,例如信号延迟的要求。 D. 是否需要集成其他功能。 (三)价格。 (四)在选择好数字隔离器后,在PCB布板时仍然要谨慎考虑耐高压的安规需求。 三、隔离器优点 在各个过程环路中使用信号隔离办法可以用DCS或PLC等隔离卡件或者现场带隔离的变送器(部分设备可以做到),也可以使用信号隔离器来实现。比较起来,用信号隔离器有以下优点: ● 绝大部分情况,采用信号隔离器+非隔离卡件比采用隔离卡件便宜。 ● 信号隔离器比隔离卡件在隔离能力、抗电磁干扰等方面性能更加优越。 ● 信号隔离器应用灵活,而且它还有型号转换和 信号分配功能,使用起来更加方便。 ● 信号隔离器通常有单通道、双通道、一入二出等通道形式,通道间相互完全独立,构成系统的配置、日常维护更加方便。 智能隔离器的说明: SKGL型智能隔离器是将输入单路或双路的电流或电压信号,变送输出隔离的单路或双路线性的电流或电压信号,并提高输入、输出、电源之间的电气隔离性能。 以上便是小编此次带来的有关隔离器的必要性、隔离器的优势以及隔离器的选择标准的全部内容,十分感谢大家的耐心阅读,想要了解更多相关内容,或者更多精彩内容,请一定关注我们网站哦。

    时间:2021-03-22 关键词: 隔离器 信号隔离器 数字隔离器

  • 值得学习的数字隔离器选型的常见的一些方法

    值得学习的数字隔离器选型的常见的一些方法

    随着社会的快速发展,我们的数字隔离器也在快速发展,那么你知道数字隔离器的详细资料解析吗?接下来让小编带领大家来详细地了解有关的知识。 隔离器主要是用在隔离高压(危险电路)系统和低压(安全电路)系统之间的电气连接,以保护用户以及电路系统安全,以及隔离敏感电路(比如高精度检测电路)和噪声源(例如大功率开关电源)之间的连接,以减小噪声干扰。 数字隔离器是电子系统中,数字信号和模拟信号进行传递时,使其且具有很高的电阻隔离特性,以实现电子系统与用户之间的隔离的一种芯片,多采用光耦、磁隔离和电容隔离来实现,但其功耗、速度、隔离电压等方面往往不能达到最优。 隔离器的主要结构大致有四种: 一是传统光电耦合; 二是集成式变压器(磁耦合);三是集成式电容耦合; 四是分立式变压器耦合。最常用的是光耦合器,光耦合器一般由三部分组成:光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED),使之发出一定波长的光,被光检测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出。它的主要优点是单向传输信号,输入端与输出端完全实现了电气隔离,抗干扰能力强,使用寿命长,传输效率高。它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电路、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。 输入的电信号驱动发光二极管(LED),使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出,这就完成了电-光-电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。 随着近几年数据传输的速度不断提升,传统的光耦合器也暴露出一些缺点,例如,整个电路体积大,集成度不高,而且光电耦合器件本身具有易损耗、速度较慢(一般的数据速率低于1Mbps)、耗电量大等缺点,特别是在温度和老化变化过程中的性能极不稳定,为其应用带来局限,特别是在工业应用中这些问题就比较突出。为了克服光电隔离技术的诸多缺点,许多半导体公司开始研发不发光的隔离器解决方案。周晓奇告诉记者,ADI公司是最早一家推出新型数字隔离器解决方案的公司,并于2001年率先推出基于其专有iCoupler磁耦隔离技术的标准数字隔离产品。 了解数字隔离器三个关键要素的特点及其相互关系,对于正确选择数字隔离器十分重要。这三个要素是:绝缘材料、结构和数据传输方法。 iCoupler 技术是基于芯片尺寸的变压器,每个iCoupler通道都由两部分组成:CMOS接口电路和芯片级变压器。而iCoupler隔离变压器的核心正是这个能够穿越隔离阻障并发射与接收信号的平面变压器,它们不仅能够提供隔离,而且消除了光耦合器中光电转换的缺点,包括功耗过大、较大的时序误差和数据速率受限等。事实上,由于无需驱动LED 的外部电路,iCoupler数字隔离器功耗仅为光电耦合器的1/10~1/50。 数字隔离器采用晶圆CMOS工艺制造,仅限于常用的晶圆材料。非标准材料会使生产复杂化,导致可制造性变差且成本提高。常用的绝缘材料包括聚合物(如聚酰亚胺PI,它可以旋涂成薄膜)和二氧化硅(SiO2)。二者均具有众所周知的绝缘特性,并且已经在标准半导体工艺中使用多年。聚合物是许多光耦合器的基础,作为高压绝缘体具有悠久的历史。 iCoupler隔离变压器可实现数千伏(5000V) 的隔离,其高耐压的关键在于发送和接收变压器的顶层和底层线圈之间,采用厚达20 μm 的聚酰亚胺材料作为隔离层,在4 mm×4 mm芯片上集成了4个变压器(图1)。这种新型数字隔离器的优势主要体现在:一,传输速度更快,远高于传统光耦,高达150 Mbps。二,静态/动态电流更小。三,寿命更长,在耐高压和耐击穿的使用范围内寿命甚至可达50年。四,可以集成标准CMOS工艺下的其他功能。五是可以在芯片内部实现隔离电源,并具有更小的体积和厚度。 数字隔离器使用变压器或电容将数据以磁性方式或容性方式耦合到隔离栅的另一端,光耦合器则是使用LED发出的光。 iCoupler隔离器的工作原理是,当数字隔离器的输入端接收到信号的上升沿或者下降沿时,会将这些信号编码成双脉冲或者单脉冲,并通过集成变压器传递到另一侧。同时通过解码器将这些脉冲信号还原成和输入信号相同的波形。与此同时,iCoupler数字隔离器还集成了看门狗电路,当信号长时间不发生变化时,输入侧的更新电路也会定时发出相应的脉冲信号到输出端,如果输出端的看门狗电路长时间没有收到任何信号,会认为输入端进入异常状态,此时,输出端的输出信号会回到预先设定的默认值(图2)。 光耦合器使用LED发出的光将数据跨越隔离栅传输-LED点亮时表示逻辑高电平,熄灭时表示逻辑低电平。当LED点亮时,光耦合器需要消耗电能;对于关注功耗的应用,光耦合器不是一个好的选择。多数光耦合器将输入端和/或输出端的信号调理留给设计人员实现,而这并不一定是非常简单的工作。 从2001年,ADI推出第一款iCoupler隔离器产品,现已有10大系列、100多个种类,是目前业界种类最齐全的隔离器产品,包括标准数字隔离器、采用iso Power的数字隔离器、集成PWM控制器和变压器驱动器的数字隔离器、USB 2.0兼容型隔离器、隔离式门驱动器、隔离式I2C数字隔离器、隔离式RS-485收发器、隔离式RS-232器件和隔离式Σ-Δ型ADC等。可以说,几乎任何应用都可以找到一款合适的iCoupler产品来满足您的设计需求。 以上就是数字隔离器的有关知识的详细解析,需要大家不断在实际中积累经验,这样才能设计出更好的产品,为我们的社会更好地发展。

    时间:2020-11-09 关键词: 选型 隔离器 数字隔离器

  • 基于CMOS隔离器的医疗电子系统安全保障解析

    基于CMOS隔离器的医疗电子系统安全保障解析

    交流供电的医疗电子系统安全标准要求电流隔离,以保护病人和操作员免于触电危险。由于导体直接连接仪器和病人,其上面附着的液体和凝胶更增加了触电风险;因此用于这些系统的隔离器必须耐用和可靠。 光耦合器和变压器通常用于医疗系统的隔离电路,但其缺陷也是设计界所熟知的。众所周知,光耦合器速度慢,在温度和老化变化过程中性能很不稳定。它们都是单端器件,因此具有较差的共模瞬变免疫(CMTI)。此外,光耦合器基于砷化镓(GaAs)处理工艺,固有的内在损耗导致在高温和/或LED大电流条件下发光强度降低。这种衰减降低了光耦合器的可靠性、性能和使用寿命。虽然变压器提供了优于光电耦合器的更高速度和可靠性,但它们无法通过直流和低频信号,从而在系统定时(例如,开启时间和占空周期)应用中使用受限。而且变压器一般体积大、效率低,往往需要额外的核心复位电路。 CMOS隔离器概述 不同于光耦合器,互补金属氧化物半导体(CMOS)隔离器提供了更好的性能、可靠性、稳定性,省电性能和集成度。不像变压器, CMOS隔离器支持DC -150Mbps,并占用更少的空间(每个封装最多有6个隔离通道),而且效率更高。这些特性通过如下CMOS隔离器基础技术实现: 主流、低功耗CMOS处理工艺代替GaAs:CMOS是最成熟、广泛应用于全球的加工处理技术。先进的电路设计技术和CMOS技术使隔离器可达 150Mbps数据传输速度、10ns传播延迟、5.6mW/通道的功耗,以及其他许多业内领先的性能规格。CMOS隔离器在最大操作电压和温度下平均无故障时间(MTTF)超过1000年,这是光耦合器的10倍。 RF载波代替光:RF技术进一步降低隔离器操作功耗,高精度鉴频提高了噪声抑制,器件封装也比光耦合器更简单。 差分隔离代替单端隔离:差分信号路径和接收灵敏度使的在无差错操作下CMTI超过25kV/us,良好的外部RF抗干扰特性可达300V/m,磁场抗扰度可超过1000A/m,这些特性使得CMOS隔离器也适用于恶劣的工作环境(强电场和磁场)。 专利的EMI抑制技术:CMOS隔离器满足FCC的B部分规范,并通过汽车J1750(CISPR)测试。 安全认证 从系统观点来看,医疗设备根据操作电压可分为不同的级别。 I类设备工作于70V或更少,只需要对可接触部分采用基本绝缘和保护接地。II类设备工作于70V电压以上,要求增强或双倍的绝缘。III类设备操作在25VAC或60VDC以下,常称为安全电压(SELV)。III类设备不需要隔离。 从组件观点来看,隔离器封装尺寸在防止电弧跨越封装表面时非常重要,因此,安全机构规定了特定测试电压下的爬电(creepage)和电气间隙(clearance)距离。如图1,爬电是指沿绝缘表面放电的最小距离,电气间隙(clearance)是指通过空气放电的最短距离。 图1:爬电和电气间隙 隔离器的核心是绝缘体,介电强度决定了隔离器的电压等级,隔离分类包括“基本型”和“增强型”。基本型隔离提供了对电击的保护特性,但没有考虑安全失效(failsafe)状况(即故障不会导致系统自动转变到一个安全、可靠的状态);基本型隔离装置能够被用户使用,但必须被包含于系统之内。 对于基本型隔离设备的认证测试是在1分钟、1.6kVRMS电压下,最小漏电距离4mm。增强型隔离为破坏安全操作提供两级保护,并允许用户访问。增强型隔离设备的认证测试是在1分钟、4.8kVRMS电压下,最小漏电间距8mm。医疗电子系统几乎总是需要增强型隔离特性,因为它要求具备安全失效保护特性。 增强型CMOS隔离器符合国际标准IEC/EN/DIN EN 60747-5-2,CMOS隔离器也符合IEC-60601-1医疗标准绝缘要求,该标准需要先通过UL(Underwriters Laboratories)1577或IEC-60601-1标准认证。IEC-60601-1为基本型和增强型隔离规定了电介质强度测试认证准则,包括爬电和电气间隙限制,还有电压和时长。详见表1。 表1:IEC60601-1 CMOS隔离器安全标准要求 光耦合器使用塑料复合化合物作为它们的主要绝缘材料,因此必须满足内部间距规范,又称绝缘穿透距离(DTI),该术语引自IEC 60601-1。对于光耦合器,DTI是LED和光接收器Die之间的距离,典型最小距离为0.4mm。CMOS隔离器使用半导体氧化物作为它们的主要绝缘材料,比使用复合化合物封装有更好的电介质强度和一致性,因此占用更少空间。为了通过IEC 60601-1认证,安全监管机构执行DTI测试,即使CMOS隔离器在125度C温度和250VACRMS外加电压下进行10周测试,然后在4.8KVACRMS下进行1分钟测试。注意对于CMOS隔离器的DTI评测比光耦合器更加严格。 医疗电子系统必须对外部干扰有免疫能力,如来局部磁场、静电,电源线扰动(如线路电压暂降,浪涌和瞬变)。因此,无论是光耦合器还是CMOS隔离器都必须通过IEC - 61000标准。使用测试限度见IEC 60601-1-2规范,如表2所示。例如,静电放电(ESD)需符合IEC 61000-4-2规范,并使用由IEC 60101-1-2规定的测试限度。 RF辐射及电源线扰动测试使用CISPR11测试方法,它是J1750汽车规范的子集。(CISPR不指定测试限度,它是一个测试方法的标准。)对于辐射和电源线敏感性的限制需符合IEC 60601-1-2规范。 表2:IEC 60601-1-2抗干扰要求 注:变量U是测试应用电平之前的交流主电压 通过这些测试的要求是非常严格的:系统不能有任何组件故障、参数变化、配置错误或误报。除了外场免疫力,测试系统自身不能产生显着射频或传导辐射。 典型医疗设备应用 图2:心电图(ECG)前端 心电图应用 图2显示了一个心电图(ECG)前端框图,来自设备放大器的模拟输出经过高通滤波器,然后通过串行ADC转换成数字格式。转换后的数据通过增强型(5kV)数字隔离器进入控制器进行处理。该数字隔离器每个通道都可进行高达150Mbps“无瓶颈”数据传输。如果采用并行多个ADC输出,则隔离功能可以使用少于4个的六通道隔离器实现(假设16位ADC)。 图3:基于ISOdriver的除颤器电源隔离 除颤器应用 图3显示了除颤器电源部分,两个高端/低端(high-side/low-side)隔离栅驱动器驱动全桥电路。注意,此电路仅需要两个标准高侧栅极驱动器电路实现全桥驱动解决方案。每个栅极驱动器具有片上输入信号调整电路,包括施密特触发输入, UVLO保护输入,输出重叠保护和死区发生器。对于安全性至关重要的医疗系统来说,这些功能对于可靠运行是关键性的。 输入端之后是增强型双通道数字隔离器,其输出连接到栅极驱动器,每一个都相互隔离,同时也与输入隔离。电阻RDT1和RDT2决定了添加到每个循环中的死区时间。如果死区时间不需要,DT输入端应当连接到本地VDD。 除了提供逻辑输入栅极驱动器,Silicon Labs也提供增强的、功能兼容光耦合驱动器的替代产品。Si822x隔离栅驱动器能够模仿光耦合器LED行为的输入阶段,可直接替换诸如HCPL – 3120的栅驱动器产品,也提供低功耗操作,工作温度范围内有更好的性能和可靠性。 医疗供电系统应用 图4为相移调制全桥应用,典型的用于庞大医疗系统中的供电系统,例如临床核磁共振成像(MRIs)。这些系统通常使用电流感应变压器,需要外部核心复位电路和特殊的布局。它们也有低幅度的输出波形,通常导致低的电磁干扰性能。 隔离的交流电流传感器,例如Silicon Labs的Si850x/1x器件提供集成的复位电路,高2VP-P的满量程输出信号,测量精度5%,小尺寸和低功耗工作。它们可支持50kHz- 1MHz频率范围(全测量范围为5、10和20Amps),并有1kV和5 kV的额定隔离电压。这些器件具有1.3m?低功耗输入阻抗和2nH的串联电感以降低振铃。图4中的电流传感器有“乒乓(Ping-Pong)”的输出模式,来自每个桥臂的电流信号分别传输到各自变压器磁通平衡监控的输出管脚。 图4:相移调制全桥应用中的乒乓模式 当Q1和Q4处于开状态时,测量电流在OUT2管脚出现;当Q2和Q3处于开状态时, 电流从OUT1输出。当电流发生环路时,积分器复位触发(即当Q1和Q2同时打开,或Q3和Q4同时打开时)。 这些示例说明了如何在电路一级上应用CMOS隔离器到电子医疗系统。其他系统可能使用CMOS隔离器用于不同的电路功能,如电压电平转换或消除接地回路噪声。表3显示了医疗电子系统从CMOS隔离技术中获益的部分列表。这些或其他应用程序的隔离需求导致大量CMOS隔离器使用案例,医疗电子市场不断发展过程中,CMOS隔离器技术最终将取代传统隔离技术。 表3:COMS隔离产品在医疗系统中的应用示例 小结 电子医疗系统必须有集成的可靠的隔离,确保病人和操作者的安全。严格的国际安全管理机构为了得到一致的安全特性,根据他们的规范发放医疗电子系统认证。隔离在这些系统中起到关键作用,它必须是强健和可靠的,并且仅需较少空间和成本。光耦合器和变压器已经为医疗系统形成了多种多样的隔离电路方案。然而随着技术的发展,更小、更可靠和高性能隔离器件出现了,如单封装、多通道数字隔离器、AC电流感应器和隔离栅驱动器。这些隔离产品采用主流CMOS技术,与传统方案相比,提供显着的优势,仅为光耦合器失效率的1/10,COMS隔离产品是众多电子医疗系统的理想选择。

    时间:2020-07-30 关键词: 医疗电子 隔离器

  • Si838x PLC型隔离器,可满足PLC的应用需求

    Si838x PLC型隔离器,可满足PLC的应用需求

    Silicon Labs(亦名“芯科科技”,NASDAQ:SLAB)推出业界首款高速、多通道数字隔离器,设计旨在满足可编程逻辑控制器(PLC)的应用需求。新型Si838x PLC隔离器系列产品具有无与伦比的特性组合:高速通道(高达2Mbps)、高通道集成度(每个设备最高可达8个通道)、双极输入灵活性、高抗干扰性和2.5kVRMS安全隔离等级。Si838x系列产品为包括工业I/O模块、计算机数控(CNC)机器和伺服电机控制在内的PLC应用提供了特别构建的解决方案。此外,Si838x隔离器也非常适用于分布式过程控制系统中的过程自动化控制器(PAC)。 PLC广泛部署在恶劣的工厂车间环境中,因此必须兼具可靠和紧凑特性。许多PLC设计规模可达128个通道,并且有多个高速输入。尽管光电耦合器已经在过去几十年中提供了默认隔离解决方案,但是它们也使得PLC设计人员面临极大挑战。由于缺乏高速能力,光电耦合器无法满足高性能PLC应用,例如伺服电机控制。光电耦合器也缺乏高噪声抑制能力,并且其性能会随时间和温度变化而下降,因此在高温工业应用中会带来可靠性风险。Si838x系列产品首次完全克服了这些挑战,在紧凑的QSOP封装中提供了灵活、高速、多通道的双极性隔离解决方案,与基于光电耦合器的解决方案相比,提供更长的使用寿命和更高的可靠性。 Silicon Labs Si838x隔离器是高度集成的单芯片器件,提供8通道24V数字接口。这种高集成度显著节省PLC设计的物料清单(BOM)成本和电路板面积。通过在系统设计中采用“菊花链(daisy chaining)”连接16个Si838x隔离器,开发人员可以利用系统嵌入式处理器上的单个串行外设接口(SPI)创建支持多达128个通道的PLC设计。 控制器接口可以是8个并行通道或1个4线SPI。开发人员可以配置SPI去实现噪声信号去抖的即时编程和支持高通道密度PLC设计的菊花链。一个可选的去抖滤波器可以在并行配置中预编程,或者在串行输出配置中直接编程。 凭借Silicon Labs开创性的基于CMOS的LED仿真器技术,Si838x隔离器具有灵活的双极输入能力,这使得开发人员能够选择Sinking或者Sourcing输入。LED仿真器输入电路在单个隔离器设备中支持最大8个Sinking或者Sourcing输入,并且场侧不需要电源。连接控制器的输出接口支持2.25V的低功耗操作。 Si838x隔离器支持1MHz(2Mbps)高速率,这是伺服电机控制应用所必要的。该系列隔离器产品也在高速通道(典型50 kV/µs CMTI)上提供最佳的噪声抑制能力,增强了系统可靠性。 Silicon Labs电源产品副总裁Ross Sabolcik表示:“Silicon Labs的Si838x系列产品通过提供紧凑、多通道、高速数字隔离解决方案解决了PLC设计中面临的多项独特挑战。PLC开发人员现在能够轻松的将他们基于光电耦合器的设计迁移到可提供更高性能、更大设计灵活性、更高通道密度且长期可靠的最先进数字隔离技术。” Si838x PLC输入型隔离器系列产品特性: · 双极输入能力,为sinking或者sourcing PLC输入类型提供灵活的设计选项; · 单个封装中最大集成8个通道,为紧凑的PLC设计节省电路板面积; · 高速2Mbps通道支持可靠的伺服电机控制; · 高噪声抗扰度(高速通道,50kV/μsCMTI)确保可靠操作; · 并行或SPI接口,提供灵活的设计选项; · 单个SPI端口采用16路Si838x菊花链连接,可支持到128个通道,节省控制I/O引脚; · 使用SPI,用户可编程的去抖(de-bounce)能力; · 2.25-5.5V VDD范围,为低功耗控制器接口降低功耗; · 集成2.5kVRMS的安全等级隔离;

    时间:2020-07-12 关键词: plc 隔离器

  • 数字隔离器设计注意事项

    数字隔离器设计注意事项

    很多人听过数字隔离器,那么你知道它的设计注意事项吗?您是否正在搜寻有关数字隔离器的更多信息?我们将为您提供帮助。根据 TI E2E™ 社区的反馈,我们搜集并整理了关于数字隔离器设计攻关的最常见问题清单。希望这份清单能为您提供隔离信号与电源的有用见解。 1.基础型和增强型数字隔离器至简的区别是什么? 基础型数字隔离器必须根据组件级标准,通过一套测试,如 Deutsches Institut für Normung (DIN) V Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (VDE) V 0884-11。DIN V VDE V 0884-11 定义了隔离器可以耐受的电压水平,比如最大浪涌隔离电压,VIOSM;最大瞬态隔离电压,VOITM;及最大重复峰值隔离电压,VIORM(参见白皮书“高压增强型隔离:定义与测试方法”中的解释)。增强型数字隔离器,除通过这些测试外,还必须通过最小浪涌电压测试等级 10,000 VPK.测试。 2.能为数字隔离器两端施加不同的电压吗? 可以。数字隔离器可以在建议的工作条件下为设备两端供电。由于隔离势垒隔离了两端,每端均可在建议的工作条件下独立施加任意电压值。举例来说,可以为 ISO7721 施加 3.3 V VCC1(在 2.25 V - 5.5 V 之间)和 5 V VCC2(也在 2.25 V - 5.5 V 之间)。除构建隔离外,通过这种方法,您还可以把数字隔离器用作逻辑电平转换器。隔离器两端相互独立。 3.数字隔离器信号电压可以异于它的电源电压吗? 不能。数字隔离器的输入/输出信号电压取决于它的电源电压。因此,如果要使数字隔离器兼容它所对接的设备,最好是保持信号电压与隔离器电源电压相同。例如,如果 ISO7721 的电源电压为 5 V,它对接微控制器(MCU),那么很重要的一点就是 MCU 信号也工作在 5V 逻辑电平。 4.无输入信号的数字隔离器的逻辑状态是什么? 如果数字隔离器的输入通道无电压或者说引脚保留为浮置,它相应的输出引脚为预定义状态(称为默认状态或故障保护状态),可能为低,也可能为高,这取决于所选的设备。设备部件编号的后缀“F”,指示该隔离器输出通道的默认状态。例如,ISO7721DWR 中没有 F,则表示该设备的默认状态为高。同样的,ISO7721FDWR 中有 F,则表示该设备的默认状态为低。 5.能把数字隔离器没用的通道引脚保留为浮置吗? 不能。数字隔离器未用通道的输入引脚可出于测试目的保留为浮置,但在应用中,浮置未用引脚会导致产品的抗噪度下降。浮置的引脚尤其当系统进行电磁兼容性(EMC)/免疫测试时,更易于拾取噪音。为使系统对此种噪音免疫,最佳做法是将通道输入锁定在各自的默认逻辑状态。 例如,对于 ISO7721DWR 来说,最佳做法是将不用的信号输入引脚通过上拉电阻连接到它的 VCC(首选 4.7-kΩ 电阻)。对于 TI ISO7721FDWR,最好是将不用的信号输入引脚接至它的接地引脚。对于这两种设备,所有不用通道的输出引脚最好都不要连接。 6.如何确定数字隔离器的功耗? 您可以根据其数据表列出的规格来计算数字隔离器的功耗。找到与输入电压(2.5 V、3.3 V 和 5 V)对应的电源电流特性表。在这个表格中,找到最接近于您的应用信号速度的数据传输率。数据表中将列出针对该特定数据传输率的电流消耗,分别作为隔离势垒各端的电流(ICC1 和 ICC2)。将这两个电流值相加,您将获得工作条件下的设备总电流消耗。用这个总电流消耗除以数字隔离器的通道数,就得到了每个通道的电流消耗。某些数据表还分别提供每个通道的总供电电流。例如,ISO7041 数据表显示了每通道参数总供电电流下的典型电流消耗为 4.2 µA,它是 ICC1(ch) 与 ICC2(ch) 电流的和。 7.如何为数字隔离器构造隔离型电源? 为数字隔离器构造隔离型电源有几种可选的方法;最佳解决方案须视具体的应用需要而定。 一个选择是使用 TI SN6501这样的变压器驱动器,此种驱动器可用于具有次级侧变压器和可选整流低压差稳压器的推挽式配置。SN6501的功率高达1.5 W,可作为隔离型电源。此设备具有高度灵活性,几乎可用在所有应用中。这是因为变压器和匝数比能为电源提供必要的隔离等级和输出电压。如果您需要为其他设备提供隔离电源,则可使用 SN6505x 而不是 SN6501,获得高达 5 W 的输出功率。SN6505 具有额外的保护特性,例如过载和短路、热关断、软启动和压摆率控制等,方便设计人员构筑稳健的解决方案。 另一个针对空间受限应用的可选方法是ISOW78xx系列设备,包括 ISOW7841,该系列可在 16 引脚小型塑封集成电路封装中提供信号和电源隔离。这种组合占空间小;不需要变压器,也易于通过认证。当科技发展到更迅速的时候,未来的隔离器必定更加人性化。

    时间:2020-03-25 关键词: 数字 德州仪器ti 隔离器

  • I2C隔离器设计遇到的的常见问题

    I2C隔离器设计遇到的的常见问题

    本文整理了一些关于隔离I2C设计的FAQ,供您参考。这些见解是根据德州仪器在线支持社区中有关I2C隔离器的常见问题而提供的。希望这些信息能够帮助工程师在设计过程中解决信号和电源隔离的问题。(来源:德州仪器TI)Q什么情况下需要隔离I2C?隔离可防止系统两个部分之间的直流电和异常的交流电,但仍然支持两个部分之间的信号和电源传输。隔离通常能够阻止电气组件或人员遭受危险电压和电流浪涌的伤害;用于保护人员的隔离称为增强型隔离。I2C已成为许多系统中流行的全球标准;因此,隔离I2C已经扩散到大多数高压市场。常见的隔离I2C应用包括:网络和服务器电源中的微控制器(MCU)到MCU通信。汽车电池管理系统和医疗系统中MCU到模数转换器通信。以太网供电系统中的MCU到供电设备控制器通信。MCU与电流/电源监控系统的通信。Q是否可以在数字隔离器上连接两个单向信道,以实现I2C通信的双向信道?不可以,连接两个相反方向的单向信道不会产生双向信道。如果用数字隔离器替换隔离I2C器件,数字隔离器将闩锁到单一状态并变得无响应。使用数字隔离器实现隔离I2C总线需要外部组件。此外,E2E社区隔离论坛主题中更详细地说明了为什么数字隔离器在双向I2C应用中无外部组件的情况下将闩锁到单一状态。QISO1540和ISO1541隔离I2C器件的电流消耗是多少?ISO154x数据手册中的表6.10列出了不带任何上拉电阻的ISO1540和ISO1541的电流消耗。添加上拉电阻时,电阻会消耗额外的电流。例如,在SDA2/SCL2处向器件添加1kΩ的上拉电阻,在SDA1/SCL1处添加10kΩ的上拉电阻,VCC1 = VCC2 = 5 V时,上拉电阻消耗的额外电流将对于SDA1/SCL1为约为5mA,对于SDA2/SCL2约为0.5 mA。对于需要更低功耗的隔离I2C应用,超低功耗ISO7041可以替代ISO7731器件,如模拟设计期刊文章中第2个问题所述。ISO70xx的功耗将比ISO77xx器件提升一个数量级。表1列出了ISO1540 and ISO1541器件1侧和2侧输入的推荐逻辑输入电压电平。Side1Side2VIL1 < 0.5 VVIL2 < 0.3*VCC2VIH1 > 0.7*VCC1VIH2 > 0.7*VCC2表1:ISO154x输入电压电平这些输入电压电平适用于I2C数据和时钟信号。Q为什么ISO1540和ISO1541双向I2C隔离器的1侧上的逻辑低电平输出电压VOL1高达0.8 V?为了实现隔离I2C器件的双向功能,器件需要设计有两个背靠背连接的单向信道,以实现单个双向信道。直接连接两个单向信道会导致锁定情况,两个信道都是低电平。为避免这种情况,1侧输出端的二极管使1侧输出信道的低电平输出看起来像1侧输入信道的高电平。图1显示了二极管的位置。图1:ISO154x简化原理图由于该二极管,VOL1的电压最高可达0.8 V.当2侧检测到2侧为低电平时,1侧将打开场效应晶体管,使二极管导通,产生非零正向电压。ISO154x器件中的阈值经过精心设计,可确保双向信道平稳运行 - 只要VOL和VIL规范符合ISO154x数据表中表6.9.所示的ISO154x器件阈值即可。这种方法已成为业界用于实现双向I2C功能的常见做法。低逻辑电平的非零电压仍将与I2C规范兼容。请注意,这仅适用于VOL1。由于器件的2侧不需要二极管,因此VOL2最大值为0.4 V,这在大多数数字隔离器中很常见。Q如何为I2C隔离器构造隔离型电源?为I2C隔离器构造隔离型电源有几种可选的方法;最佳解决方案须视具体的应用需要而定。一个选择是使用 SN6501这样的变压器驱动器,此种驱动器可用于具有次级侧变压器和可选整流低压差稳压器的推挽式配置(图 2)。SN6501的功率高达1.5 W,可作为隔离型电源。此设备具有高度灵活性,几乎可用在所有应用中。这是因为变压器和匝数比能为电源提供必要的隔离等级和输出电压。如果您需要为其他设备提供隔离电源,则可使用SN6505而不是SN6501,获得高达5 W的输出功率。SN6505具有额外的保护特性,例如过载和短路、热关断、软启动和压摆率控制等,方便设计人员构筑稳健的解决方案。图2:采用ISO1541的信号和电源隔离I2C解决方案另一个针对空间受限应用的可选方法是ISOW78xx系列器件,该系列可在小外形集成电路16引脚封装中提供信号和电源隔离特性。ISOW7842还可以与外部组件结合使用。图3提供了具有双向数据和单向时钟的系统解决方案示例,当使用一些额外组件进行修改时,可以支持双向数据和时钟信号。图3:采用ISOW7842的信号和电源隔离I2C解决方案-END-

    时间:2019-08-07 关键词: i2c 隔离器

  • 贸泽推出Analog Devices LTM2810 µModule隔离器为工业和汽车系统带来7.5kV的隔离

    贸泽推出Analog Devices LTM2810 µModule隔离器为工业和汽车系统带来7.5kV的隔离

    2019年7月4日–专注于引入新品并提供海量库存的电子元器件分销商贸泽电子(Mouser Electronics)即日起开始备货Analog Devices的Power by Linear™ LTM2810 µModule®隔离器。LTM2810 µModule隔离器能够提供高达7.5kVRMS的隔离,是测试与测量设备、医疗器械、电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)系统、工业应用与计量系统的理想之选。贸泽备货的Analog Devices LTM2810 µModule隔离器具有单独的逻辑电源引脚,能够轻松连接1.6V至5.5V的不同逻辑电平。与隔离器耦合的器件每一端均由3V至5.5V电源供电,并在输入和输出逻辑接口之间提供持续一分钟的7.5kVRMS隔离。LTM2810 µModule隔离器能在高于50kV/µs的高共模瞬态下实现不间断通信,非常适合具有不同地电势的系统。LTM2810 µModule隔离器在逻辑侧集成了变压器驱动器,在隔离侧包含低压差(LDO)稳压器,能够调节经过整流的变压器输出。此电流数字隔离器功能完整,不需要外部元件,可提供SPI和I2C(仅限主模式)兼容版本。此器件支持高速操作、400kHz的I2C隔离、4MHz/8MHz的SPI隔离和10MHz数字隔离。LTM2810 µModule隔离器具有16.2mm爬电距离,最大连续工作电压为1kVRMS和1.6kVDC。贸泽电子拥有丰富的产品线与贴心的客户服务,积极引入新技术、新产品来满足设计工程师与采购人员的各种需求。我们库存有海量新型半导体与电子元器件,为客户的新一代设计项目提供支持。Mouser网站Mouser.cn不仅有多种高级搜索工具可帮助用户快速了解产品库存情况,而且网站还在持续更新以不断优化用户体验。此外,Mouser网站还提供数据手册、供应商特定参考设计、应用笔记、技术设计信息和工程用工具等丰富的资料供用户参考。

    时间:2019-07-05 关键词: 稳压器 变压器驱动器 隔离器

  • I2C隔离器设计遇到的的常见问题

    I2C隔离器设计遇到的的常见问题

    1.什么情况下需要隔离I2C? 隔离可防止系统两个部分之间的直流电和异常的交流电,但仍然支持两个部分之间的信号和电源传输。隔离通常能够阻止电气组件或人员遭受危险电压和电流浪涌的伤害;用于保护人员的隔离称为增强型隔离。I2C已成为许多系统中流行的全球标准;因此,隔离I2C已经扩散到大多数高压市场。 常见的隔离I2C应用包括: 网络和服务器电源中的微控制器(MCU)到MCU通信。 汽车电池管理系统和医疗系统中MCU到模数转换器通信。 以太网供电系统中的MCU到供电设备控制器通信。 MCU与电流/电源监控系统的通信。 2.是否可以在数字隔离器上连接两个单向信道,以实现I2C通信的双向信道? 不可以,连接两个相反方向的单向信道不会产生双向信道。如果用数字隔离器替换隔离I2C器件,数字隔离器将闩锁到单一状态并变得无响应。使用数字隔离器实现隔离I2C总线需要外部组件。有关如何使用标准数字隔离器实现隔离I2C的更多信息,请参阅模拟设计期刊文章“使用数字隔离器设计增强型隔离I2C总线接口。”此外,E2E社区隔离论坛主题中更详细地说明了为什么数字隔离器在双向I2C应用中无外部组件的情况下将闩锁到单一状态。 3.ISO1540和ISO1541隔离I2C器件的电流消耗是多少? ISO154x数据手册中的表6.10列出了不带任何上拉电阻的ISO1540和ISO1541的电流消耗。添加上拉电阻时,电阻会消耗额外的电流。例如,在SDA2/SCL2处向器件添加1kΩ的上拉电阻,在SDA1/SCL1处添加10kΩ的上拉电阻,VCC1 = VCC2 = 5 V时,上拉电阻消耗的额外电流将对于SDA1/SCL1为约为5mA,对于SDA2/SCL2约为0.5 mA。 对于需要更低功耗的隔离I2C应用,超低功耗ISO7041可以替代ISO7731器件,如模拟设计期刊文章中第2个问题所述。ISO70xx的功耗将比ISO77xx器件提升一个数量级。 4.建议什么逻辑高低输入电压电平应用于ISO1540和ISO1541隔离I2C器件? 表1列出了ISO1540 and ISO1541器件1侧和2侧输入的推荐逻辑输入电压电平。 Side1 Side2 VIL1 < 0.5 VVIL2 < 0.3*VCC2 VIH1 > 0.7*VCC1VIH2 > 0.7*VCC2 表1:ISO154x输入电压电平 5.为什么ISO1540和ISO1541双向I2C隔离器的1侧上的逻辑低电平输出电压VOL1高达0.8 V? 为了实现隔离I2C器件的双向功能,器件需要设计有两个背靠背连接的单向信道,以实现单个双向信道。直接连接两个单向信道会导致锁定情况,两个信道都是低电平。为避免这种情况,1侧输出端的二极管使1侧输出信道的低电平输出看起来像1侧输入信道的高电平。图1显示了二极管的位置。     图1:ISO154x简化原理图 由于该二极管,VOL1的电压最高可达0.8 V.当2侧检测到2侧为低电平时,1侧将打开场效应晶体管,使二极管导通,产生非零正向电压。ISO154x器件中的阈值经过精心设计,可确保双向信道平稳运行 - 只要VOL和VIL规范符合ISO154x数据表中表6.9.所示的ISO154x器件阈值即可。这种方法已成为业界用于实现双向I2C功能的常见做法。低逻辑电平的非零电压仍将与I2C规范兼容。 请注意,这仅适用于VOL1。由于器件的2侧不需要二极管,因此VOL2最大值为0.4 V,这在大多数数字隔离器中很常见。 6.如何为I2C隔离器构造隔离型电源? 为I2C隔离器构造隔离型电源有几种可选的方法;最佳解决方案须视具体的应用需要而定。 一个选择是使用 SN6501这样的变压器驱动器,此种驱动器可用于具有次级侧变压器和可选整流低压差稳压器的推挽式配置(图 2)。SN6501的功率高达1.5 W,可作为隔离型电源。此设备具有高度灵活性,几乎可用在所有应用中。这是因为变压器和匝数比能为电源提供必要的隔离等级和输出电压。如果您需要为其他设备提供隔离电源,则可使用SN6505而不是SN6501,获得高达5 W的输出功率。SN6505具有额外的保护特性,例如过载和短路、热关断、软启动和压摆率控制等,方便设计人员构筑稳健的解决方案。     图2:采用ISO1541的信号和电源隔离I2C解决方案 另一个针对空间受限应用的可选方法是ISOW78xx系列器件,该系列可在小外形集成电路16引脚封装中提供信号和电源隔离特性。ISOW7842还可以与外部组件结合使用。图3提供了具有双向数据和单向时钟的系统解决方案示例,当使用一些额外组件进行修改时,可以支持双向数据和时钟信号。     图3:采用ISOW7842的信号和电源隔离I2C解决方案

    时间:2019-06-02 关键词: i2c 总线 技术教程 隔离器

  • 带电源的 USB μModule 隔离器

    带电源的 USB μModule 隔离器

      2014 年 5 月 21 日 – 凌力尔特公司 (Linear Technology Corporation) 推出USB微型模块 (μModule) LTM2884,该器件整合了USB数据通信和USB电源,并针对地至地电位差和大共模瞬变提供了保护功能。坚固型接口和隔离使LTM2884非常适合那些在严苛的工业或医疗环境中部署 USB 的系统,此类环境需要提供针对接地电位差的保护。LTM2884 通过采用内部电感式信号隔离将一对USB信号收发器隔离开来,从而实现接地点的分离,可提供 2500VRMS隔离度和 >30kV/μs的出色共模瞬变抑制性能。  LTM2884 具有一个集成型、低 EMI、采用外部供电或 USB 供电的 DC/DC 转换器,该转换器负责为隔离式收发器供电,并可为 USB 外设或集线器 / 主机控制器提供高达 2.5W 的隔离电源。独特的自动总线速度检测功能允许 LTM2884 在集线器 / 主机 / 总线隔离应用中使用。面朝下游的集成型下拉电阻器和面朝上游的上拉电阻器自动配置以与下游器件的速度相匹配,从而使得 LTM2884 能够监视总线速度并将总线速度报告主机。凭借 2500VRMS 电流隔离、集成型电源和 USB 2.0 兼容型收发器,LTM2884 无需外部组件,是一款适合隔离式 USB 通信的完整μModule 解决方案。  LTM2884 适合于众多的应用,包括主机、集线器和外设隔离、以及 USB 串联式总线隔离。ESD 保护等级达 ±15kV 的收发器可执行 USB 2.0 全速 (12Mbps) 和低速 (1.5Mbps) 操作。一种暂停模式用于监视闲置状态并将 VBUS 电流减小至 2.0mA 以下。集成型 DC/DC 转换器能够提供 2.5W (当连接至一个外部高电压电源时) 或 1W (当连接至 USB VBUS 电源时) 输出功率。  LTM2884 采用紧凑的 15mm x 15mm x 5mm 表面贴装型 BGA 封装,所有集成电路和无源组件都装在这个符合 RoHS 要求的 μModule 封装中。LTM2884 提供商用、工业和汽车级版本,分别支持 0°C 至 70°C、-40°C 至 85°C 和 -40°C 至 105°C 的工作温度范围。千片批购价为每片 17.35 美元。LTM2884 所在的 μModule 隔离器系列还包括具有隔离式 RS485、RS232、SPI、I2C 和 GPIO 的 μModule 隔离器。    μModule 隔离器结合了 USB 收发器和 2.5W 隔离电源  性能概要:LTM2884  UL (正待审批) 隔离式 USB 收发器:2500VRMS  可兼容 USB 2.0 全速和低速规格  集成化隔离型 DC/DC 转换器,采用外部供电或总线供电  USB 总线速度的自动配置  可从外部输入电源 (VCC = 8.6V 至 16.5V) 提供 2.5W (5V、500mA) 输出功率  可从 USB 总线电源 (VBUS) 提供 1W (5V、200mA) 输出功率  3.3V LDO 输出提供收发器基准 VLO 和 VLO2  可承受高共模瞬变:30kV/μs  ESD:可在 USB 接口引脚上提供 ±15kV HBM  15mm x 15mm x 5mm 表面贴装型 BGA 封装

    时间:2019-03-18 关键词: USB 电源技术解析 μmodule 隔离器

  • 新型数字电容隔离器提升了高性能标准

    新型数字电容隔离器提升了高性能标准

    工业和医疗应用中机器和设备设计规定的愈加严格迫使我们必须要在几乎所有类型的电子系统或电路中实施电隔离。尽管数字隔离器已经代替了模拟隔离器,从而简化了隔离接口的设计,但广大设计人员现在面临的挑战是日益增长的高系统性能需求。这里所说的高性能不仅仅指高数据速率和/或低功耗,而且还指高可靠性。一方面,在恶劣的工业环境中通过稳健的数据传输来满足这一需求。另一方面,特别是对隔离器而言,通过长使用寿命来解决这个问题。最近在芯片设计和制造方面的技术进步已经成就了第二代数字电容隔离器,其高性能给低功耗和高可靠性定义了新的标准。本文将介绍其功能原理和内部结构,并讨论其电流消耗和预计寿命。功能原理图 1 显示了一款数字电容隔离器 (DCI) 的内部结构图。该隔离器输入分为两个差分信号路径:一条为高数据速率通道(称作 AC-通道),另一条为低数据速率通道(称作 DC-通道)。AC-通道传输介于 100 kbps 和 100 Mbps 之间的信号,而DC-通道则涵盖了从 100 kbps 到 DC 的范围。图 1 数字电容隔离器的内部结构图高速信号由 AC 通道来处理,信号在通道中首先从单端模式转换为差分模式,然后被隔离层的电容-电阻网络差分为许多瞬态。后面的比较器再将这些瞬态转换为差分脉冲,从而设置和重置一个“或非”门触发器。相当于原始输入信号的触发器输出馈至判定逻辑 (DCL) 和输出多路复用器。DCL 包括一个看门狗定时器,该定时器用于测量信号转换之间的持续时间。如果两个连续转换之间的持续时间超出定时窗口(如低频信号的情况下),则 DCL 则指示输出多路复用器从 AC-通道切换到 DC-通道。由于低频信号要求大容量电容器,而这种电容器使片上集成变得很困难,因此DC-通道的输入要有脉宽调制器 (PWM)。该调制器利用一个内部振荡器 (OSC) 的高频载波对低频输入信号进行调制。在 AC-通道中对调制后信号的处理过程与高频信号相同。然而,在向输出多路复用器提交该信号以前,需通过一个最终低通滤波器 (LPF) 滤除高频 PWM 载波,以恢复原始、低频输入信号。相比其他隔离器技术,电容隔离器的一个主要优点是其 DC-通道在上电和信号丢失 (LOS) 事件期间隔离器输出端拥有正确的输入极性。缺少这些特性的其他隔离器技术通常会在上电期间出现输出突波,或者在信号丢失以前一直保持在最后一个输入极性。内部结构图 2 显示了一个单通道、电容隔离器的内部结构简化结构图。从内部来看,隔离器由两颗芯片组成:一个发送器和一个接收机芯片。实际隔离层由接收机芯片上的高压电容器来提供。由于 AC-通道和 DC-通道均使用一种差分信号技术在数据传输期间提供高噪声抗扰度,因此必需要有 4 个隔离电容器来形成一条单隔离数据通道。图 2 单通道电容隔离器的内部结构图 2 的右侧显示了一个高压电容器的横截面。从发送器芯片出来的接合线连接到接收机端电容器铝顶板。底板(也为铝质)连接到接收机逻辑。板之间是夹层电介质,其为 16-μm 厚的二氧化硅 (SiO2) 层。使用 SiO2 作为夹层电介质有两个好处:一、它是具有最小老化效应且最稳定的隔离材料之一,因此电容隔离器的预计寿命远远超过其他技术;二、使用标准半导体制造技术就可以处理 SiO2,从而大大降低了生产成本。电容隔离的另外一个优点是每个电容 123 毫微微法拉 (123 x 10 -15 F) 的超低容量,从而允许极高的数据速率传输并实现多通道隔离器的微电容几何尺寸。电流消耗隔离器电流消耗高度依赖于内部结构。相比双通道隔离器,电感型隔离器似乎具有最低的 DC 电源电流(请参见图 3)。这是因为该器件只包含 2 条信号通道。但是,电容隔离器包含 4 条通道:2 条 AC 通道和 2 条 DC 通道。因此,其 DC 的电流消耗更高,而且其可靠性也更高,因为在输入信号丢失的情况下其可确保正确的输出极性。系统空闲时就会出现 DC 电流。幸运的是,工业数据获取系统、PLC 和数字模拟 I/O 模块并非针对系统空闲而设计,其目的是将数据从传感器传输到控制单元,并从控制单元传输到传动器。这些工作的完成必须是快速、可靠和持续的。一般而言,双通道隔离器用于隔离式 CAN 和 RS-485 总线节点,其中只有 2 条数据线路(发送和接收)要求隔离。例如,RS-485 收发器必须能够在一些极端共模状态下提供高达 ± 70mA 的驱动力才能达到标准。这样,即使在低数据速率条件下,DC 电流之间的差异也可以忽略不计。 图 3 电容和电感隔离器的电流消耗(左图为双通道隔离器,右图为四通道隔离器) 相比四通道隔离器,图示结果有所改善。通道数为原来的两倍,因此电感隔离器的电流消耗也增加了一倍,然而相比双通道隔离器,四通道电容隔离器的通道数仅增加了一条。出现这种结果的原因是,仅使用了一条 DC-通道,其在四条 AC-通道之间得到多路传输(请参见图 4)。DC 通道仍然拥有高可靠性的同时,总电流消耗维持在最低水平,从而比双通道版本仅有最低限度的增加。图 4 双通道及四通道电容隔离器的通道结构四通道隔离器用于隔离包括数据和控制线路的接口(例如:SPI),其数据速率一般可达 20 到 80 Mbps。电感和电容隔离器之间的电流消耗在 30 Mbps 下时已经有 10mA 以上的差别,在如 100 Mbps 等更高数据速率下时这一差别可高达 40mA。因此,它其实并非重要的 DC 电流,而是数据速率的电流增加,即斜率 Δi/Δf。预计使用寿命隔离器的预计使用寿命由经时击穿 (TDDB) 决定,其为一种二氧化硅等电介质材料的重要故障模式。由于制造带来的杂质和不完整性缺陷,电介质会随时间而退化。这种退化会由于电介质上施加的电场及其温度的上升而加快。预计使用寿命的确定是基于 TDDB E 模型,其为一种广受认可的电介质击穿模型。实际上,周围温度维持在 150oC 时,TDDB 由隔离器的施加应力电压决定(请参见图 5)。测试之初便激活一个计时器,其在隔离器电流超出 1 mA 时停止,表明电介质击穿。记录每个测试电压的故障时间,并根据理论 E 模型曲线进行绘图。图 5 TDDB 测试方法图 6 所示的 TDDB 曲线表明,电容隔离器的测试数据(时间为 5 年)完全匹配 E模型预测,从而得出在 400 Vrms (560 Vpk) 工作电压下 28 年的预计使用寿命,而相同电压下电感隔离器的预计使用寿命则小于 10 年。TDDB 曲线还表明,在 700 V 和 2.5 kV 之间电容隔离器的寿命比电感隔离器长约 10 倍。图 6 电容和电感隔离器的预计使用寿命若要达到 10 到 30 年的工业预计使用寿命,使用 SiO2 电介质的电容隔离器是实现这个目标唯一可行的解决方案。结论因其高可靠性、低电流消耗、高带宽和长使用寿命,数字电容隔离器具有优异的性能。TI 提供各种各样的数字电容隔离器,包括隔离总线收发器和新一代 ISO74xx 电容隔离器。

    时间:2018-07-05 关键词: 接口 电源技术解析 数字电容 隔离器

  • 如何从驱动IGBT入手——优化直流充电桩的功率转换

    如何从驱动IGBT入手——优化直流充电桩的功率转换

    在全球能源危机和环境危机严重的大背景下,在我国政府积极推进新能源汽车的应用与发展的政策环境下, 电动汽车作为一种发展前景广阔的绿色交通工具,今后的普及速度非常迅猛,未来的市场前景也是异常巨大的。而充电桩作为发展电动汽车所必须的重要配套基础设 施,对于电子行业来说,市场前景同样非常看好! 在充电桩中,根据充电方式,分为交流充电桩、直流充电桩。两类都与交 流电网连接、固定在车外,前者提供交流电源、为电动汽车车载充电机充电,又称慢充;后者提供直流电源、为动力电池充电,又称快冲。对于直流充电桩,其功率 转化部分,是重要的组成部分。通过三相电网输入交流电,经过三相桥式不可控整流电路整流变成直流电,滤波后提供给高频DC-DC功率变换器,功率变换器经 过直直变换输出需要的直流,再次滤波后为电动汽车动力蓄电池充电。   图1:直流充电桩结构框图   图2:Si828x在直流充电桩中用于IGBT驱动的应用 在图2 中,IGBT驱动这一块,是功率转换的核心部分,采用SI828X驱动IGBT有如下好处: • 性能好: --高驱动电流:4A --传输速度快:低传播延迟,低延迟和低偏差 • 安全可靠: -- 耐压等级高:业界领先的隔离 - 5kV的增强 --工作问题范围宽:-40°C至125°C --故障和电源状态反馈给控制器 --专用防止IGBT损坏:去饱和检测 • 集成度高、性价比高: --集成了DC-DC • 小封装 世强代理Si828x的主要特性: • Silicon Labs的业界领先的隔离 - 5kV的增强 • 驱动电流高达4A • 低传播延迟,低延迟和低偏差 • -40°C至125°C的温度规格 • 故障和电源状态反馈给控制器 • 米勒钳位防止寄生转 • 去饱和检测,可以防止IGBT损坏 • DC-DC集成开关:Si8281,Si8283(可变FSW和启动) • DC-DC外部MOSFET:Si8282,Si8284(可变FSW和启动) • Si8286 引脚兼容Avago的HCPL-316J Si828x的典型应用: • 电机驱动变频器 • 太阳能逆变器 • 高功率转换器

    时间:2016-09-05 关键词: Silicon labs 直流充电桩 交流充电桩 电源资讯 si828x 隔离耦合器 隔离器

  • 电流互感器用于检测智能电表中的交流电流解析方案

    兼容直流的电流互感器一直用于检测智能电表中的交流电流,但它有一些缺点,而且很昂贵。对于某些应用,分流电阻是更好的电流传感器选择,因为它价格低廉、具有高线性度并且抗磁场干扰。遗憾的是,分流电阻不具有电流互感器所固有的电气隔离特性。在要求隔离的智能电表等应用中,采用隔离电源技术的数字隔离器与分流电阻结合可提供一种良好的解决方案。 单相防窃电智能电表 考虑图1所示的单相防窃电智能电表。模拟前端(AFE) IC利用分流电阻测量相位电流,并利用一个简单的分压器测量相位电压,从而计算电能并监控负载的质量。在这种应用中,电力线相位电压用作AFE的接地参考。零线电流测量必须隔离,从而保护AFE免受高压影响。AFE利用标准SPI或I2C通信将计算得到的电气量传输给微控制器(MCU)。然后,MCU将数据发送到通信模块,通常使用UART接口,必须确保安全隔离并避免接地环路。因此,MCU必须与AFE隔离,与通信模块共地,或者与通信模块隔离,与AFE共地。 电表电源从电力线获得,但安全隔离栅会产生两个电源域。图1中的PS1与相电源是同一电源域,可以直接使用而无需隔离AFE。然而,安全隔离栅1或2则需要使用隔离电源PS2来为MCU和通信模块提供电源,或者仅为通信模块供电。 总而言之,单相防窃电电表中有多个点需要隔离: ●零线电流检测 ●AFE与MCU(隔离1)之间或MCU与通信模块之间 必须通过隔离栅1和2的信号是数字信号。为了隔离数字信号,已经开发出许多技术。传统方法使用带LED和光电二极管的光耦合器,较新的技术则是使用芯片级变压器的数字隔离器。例如,与光耦合器相比,iCoupler数字隔离器具有许多优势,包括:更可靠、尺寸更小、功耗更低、通信速度更快、时序精度更佳、易于使用。芯片级隔离技术也可以与其他半导体电路结合,实现小尺寸、高集成度解决方案。在数据速率较高的应用中,这些优势尤其显著。智能电能计量就是这样一种应用,目前新式电表需要更高的实时信息流量。 芯片级变压器也可以用在隔离式DC-DC转换器中,从而将数据和电源隔离集成到单个封装中。iCoupler产品就有这种能力,isoPower隔离式DC-DC转换器可集成到隔离式数据通道所在的同一薄型表贴封装中。考虑上例中的零线电流检测。传统上使用电流互感器,因为它本身能够提供隔离,但电流互感器必须为直流兼容型以免饱和,这会提高其成本。此外,它还会引入相位延迟,相位延迟随频率成分不同而异,因此难以在整个频谱范围内进行补偿。分流电阻具有明显的优势。不仅价格低廉,不受外部交流或直流磁场的影响,而且与用于检测相电流的分流电阻具有相同的特性。然而,分流电阻本身不具隔离性。使用集成DC-DC转换器和隔离数据通道的数字隔离器可以解决这一问题。这样就产生一种新的单相防窃电智能电表结构。 新结构利用AFE1测量从线路电流获得的电气量,利用AFE2测量从零线电流获得的电气量。两个电流均利用不受外部磁场影响的分流电阻测量,从而消除窃电之忧。AFE2利用一个IC接收功率,该IC包含一个基于数字隔离器的隔离电源。它利用嵌入同一IC并采用相同技术的隔离数据通道与MCU通信。 可以将同样的方法(IC同时包含隔离电源和隔离数据通道)应用于通信模块,因为它也需要一个隔离电源并通过隔离栅进行数据通信。 与大型、昂贵、难以通过认证的隔离电源相比,这种方法的优势显而易见。数字隔离技术造就了业界最小的UL认证DC-DC转换器,这些IC具有很高的热稳定性和机械稳定性、出色的耐化学腐蚀性以及良好的ESD性能。设计工程师现在可以集中精力改善系统设计,而无需担心隔离问题。 三相智能电表 对于三相智能电表,可以采用同样的方法。在传统的四线系统中,零线被选作电表AFE的接地参考。相电流利用电流互感器测量。电源利用所有三相创建两个电源域:一个为AFE供电,一个为通信模块供电,电源必须进行隔离以保证安全。MCU可以置于任一电源域中,因此AFE与MCU之间(隔离1)或MCU与通信模块之间都存在一个隔离栅。 类似于单相防窃电电表所采用的方法,利用数字隔离技术,可以将电流传感器替换为使用分流电阻的隔离模块,通信模块可以利用包含隔离电源和数据通道(可通过隔离栅通信)的IC供电并与MCU通信。 结束语 分流电阻和芯片级数字隔离器完全可以取代直流兼容型电流互感器,同时实现数据隔离和电源隔离。数字隔离器优于传统的光耦合器,并且支持多种串行通信:SPI、I2C或UART。数字隔离器性能更高、更易使用、更加可靠,堪称光耦合器的真正替代产品。 数字隔离器使智能电表的系统架构发生如下变化: ●相电流和零线电流可以利用分流电阻检测,从而消除通过磁场干扰窃电的风险,以及处理电流互感器相位延迟的难题。 ●使用UL认证的IC,单相和三相电表均可以使用单一主电源。特别是在三相电表中,这可以显著缩小电源尺寸,使电表外壳尺寸更小。

    时间:2015-07-09 关键词: 传感器 解决方案 互感器 智能电表 隔离器

  • 恭祝金升阳隔离器专场研讨会取得圆满成功

    21ic讯 5月20日,金升阳隔离器专场研讨会取得圆满成功。会上,金升阳FAE高级工程师向现场观众分享了《安全栅与本安系统》、《信号调理模块介绍》两个主题内容,详细介绍了金升阳安全栅系列产品,以及这些安全栅在本安系统中的应用,同时系统地介绍了金升阳信号调理模块,让现场工程师们更深入地了解本安系统,更全面地了解金升阳隔离器产品。 通过研讨会这种沟通渠道,金升阳不仅把最新的技术分享给广大工程师,还与终端客户积极互动,现场解答产品在实际应用中遇到的问题,不断提升金升阳品牌终端服务意识。通过现场与客户交流探讨,金升阳深入了解了客户的最新需求和意见,并把这些客户需求作为产品研发的直接输入和评判依据,研发创新出更加符合市场需求的产品。 非常感谢参会的工程师朋友!此次隔离器专场研讨会取得圆满成功,离不开您们的积极参与和互动。同时,敬请期待7月份金升阳在郑州、许昌、武汉三地举办的电源技术研讨会,金升阳将为您分享更多电源设计技术。   部分精彩问答: 问题一:热电阻安全栅测量时是否需要提供一个恒流?这个电流是多大的电流? 答:热电阻安全栅检测热电阻阻值时会输出一个1mA的电流,然后再检测电阻上的压降就可以得到电阻值了。 问题二:热电偶安全栅有一个冷端补偿,请问冷端补偿是通过数字量补偿还是硬件补偿? 答:热电偶的冷端补偿是通过数字量补偿的。我司的热电偶安全栅内置了一个冷端温度测量器,检测冷端温度和输入信号并通过MCU处理后直接输出线性的温度信号。 问题三:工业级温度是-40~+85℃,请问安全栅-25~+71℃的使用温度范围是怎么定的? 答:-25~+71℃是参考了业内普遍温度范围。考虑到安全栅都是安装在控制柜中,可以满足大部分应用要求,因此没有进一步将温度范围扩大到-40~+85℃。 问题四:什么因素限制了我司部分产品的最高使用温度只能达到71℃? 答:影响产品使用温度的因素主要是器件的温漂特性。一般温度越高,器件的温漂越大,因此在高于71℃的情况下产品的温漂会出现显著的上升。目前我司通过引进温度特性更平稳的器件,已经逐渐将模块的使用温度提高到85℃。 问题五:二线制隔离模块配电5V的产品能提供的最大电流是多大?输出5V/3mA时,4-20mA信号的带负载情况如何? 答:两线制产品5V配电时最大可以输出3mA电流。输出5V/3mA时,只要两线制端口的输入电压不低于10V即可。也就是说两线制回路电源在两线制产品端口上的压降是10V,其余的电压可以分配给回路电流的负载以及线路阻抗。 来源地址:http://www.mornsun.cn/news/NewDetail.aspx?id=225

    时间:2014-06-12 关键词: 研讨会 金升阳 隔离器

  • Mouser即日起开始供应 ADI 业界功耗最低的数字隔离器

    21ic讯 贸泽电子 (Mouser Electronics) 即日起开始供应 Analog Devices Inc (ADI) 的新型 ADuM144x 4 通道数字隔离器,堪称现在所有数字隔离器中功耗最低的隔离器。 Mouser提供的ADI ADuM1440/1442/1445/1446/1447 4通道数字隔离器 基于 ADI 专有的 iCoupler® 技术。这些高速器件旨在用于低功耗系统,每通道汲取的电流从10µA 到低至1µA。尽管具有如此低的功耗,这些数字光隔离器仍具有非常低的脉宽失真,这是由接收高电压脉冲和发送数字信号电平脉冲之间的时间差造成的。每个输入引脚还具有一个毛刺滤波器用于滤除输入引脚上的信号噪声。 这些数字隔离器提供 2.5kV 的数字隔离,在隔离和保护恶劣高压系统下的低压数字信号电平方面表现卓越,同时满足了 UA 和 CSA 安全要求(均待审核)。目标应用包括保护医疗设备、自动化控制、家用等离子电视、通用低功耗隔离应用。 ADI是安全隔离技术领域的领导者,在过去的十年中交付了10亿多个数字隔离通道。 Mouser拥有丰富的产品线与卓越的客服能力,通过提供先进技术的最新一代产品来满足设计工程师与采购人员的需求。Mouser通过全球20个客户支持中心为客户的最新设计项目提供具有最先进技术的最新元件。Mouser Electronics网站每日都会更新,用户可以查找超过1000万种产品,并能找到超过400万种可订购的物料编号以方便地进行在线采购。Mouser.com拥有业界首用的互动式目录、数据手册、特定供应商的参考设计、应用笔记、技术设计信息和工程用工具。

    时间:2013-12-24 关键词: 低功耗 mouser 隔离器

  • Mouser开始供应ADI功耗最低的数字隔离器ADuM144x

    2013年12月24日,贸泽电子 (Mouser Electronics) 开始供应 Analog Devices Inc (ADI) 的新型 ADuM144x 4 通道数字隔离器,堪称现在所有数字隔离器中功耗最低的隔离器。Mouser提供的ADI ADuM1440/1442/1445/1446/1447 4通道数字隔离器 基于 ADI 专有的 iCoupler® 技术。这些高速器件旨在用于低功耗系统,每通道汲取的电流从10µA 到低至1µA。尽管具有如此低的功耗,这些数字光隔离器仍具有非常低的脉宽失真,这是由接收高电压脉冲和发送数字信号电平脉冲之间的时间差造成的。每个输入引脚还具有一个毛刺滤波器用于滤除输入引脚上的信号噪声。这些数字隔离器提供 2.5kV 的数字隔离,在隔离和保护恶劣高压系统下的低压数字信号电平方面表现卓越,同时满足了 UA 和 CSA 安全要求(均待审核)。目标应用包括保护医疗设备、自动化控制、家用等离子电视、通用低功耗隔离应用。ADI是安全隔离技术领域的领导者,在过去的十年中交付了10亿多个数字隔离通道。

    时间:2013-12-24 关键词: 数字 功耗 最低 隔离器

  • 产品应用:接线端子在隔离器上的应用

    隔离器外型采用导轨安装,接线采用接线式,这种产品称为隔离端子,适用安装在机柜中。随着科技的发展,隔离端子的设计日趋小型化,而小型化的目的就是少占空间。当然应该允许用户密集安装,密集安装则存在散热问题,那么必须降低内部功耗。所以内部功耗的数值在选用时也应注意。现在市场上出现了许多以CPU为核心的隔离端子,具有现场可编及通信功能,有很高的灵活性,对顾客来讲可以减少库存数量,降低资金积压。以CPU为核心的隔离端子必将成为这个领域主流。有乐认为针对变送器的隔离还有另一种方式,传感器和变送器为一体而又必须放置在现场指定地点。此时一般把隔离端子安置在中央控制室机柜中,由机柜中的隔离端子为现场变送器配送电源,使用哪一种要根据PLC接口情况决定。现场调试也许会出现仪表和PLC接口不匹配,发送设备为四线制变送器输出4~20mA,而接收端4~20mA的接口为二线回路供电方式,若直接连接将造成电源冲突。解决方法是采用隔离端子将现场的4~20mA接收并隔离,在隔离端子内部输出部分安装一个专用电路用以匹配和PLC的二线回路供电接口方式。

    时间:2013-11-06 关键词: 应用 接线端子 产品应用 隔离器

  • Linear 推出 6 通道 SPI / 数字或  I<sup>2</sup>C µModule® (微型模块) 隔离器 LTM2892

    Linear 推出 6 通道 SPI / 数字或 I2C µModule® (微型模块) 隔离器 LTM2892

    凌力尔特公司 (Linear Technology Corporation) 推出 6 通道 SPI / 数字或 I2C µModule® (微型模块) 隔离器 LTM2892,适用于 3.3V 到 5V 的系统。地电位在系统中变化很大,很可能超过共模操作可容许的范围,这样会中断通信、损坏组件、甚至导致危险状况。LTM2892 通过横跨一个隔离 DC 电流 (电位差高达 3500VRMS) 的电流隔离势垒进行通信以断开接地环路,从而提供了安全和不间断的运作。LTM2892 无需外部组件,为隔离式数据通信提供了一款小型和简单的 µModule 解决方案。 LTM2892 有两种通信接口版本。LTM2892-I 是 I2C 兼容的,可在高达 400kHz 的频率工作,具备双向串行数据 (SDA) 和时钟 (SDL) 以及 3 个额外的隔离式 CMOS 逻辑信号,这些逻辑信号能在高达 10MHz 下运行。LTM2892-S 提供 6 个 CMOS 数字隔离器通道,可用于通用 I/O 或针对 SPI 兼容操作进行配置。这 6 个通道包含 3 个正向和 3 个反向路径,都可在高达 10MHz 下运行。当针对 SPI 通信配置时,单向通信的最高时钟速率为 8MHz,而在往返双向工作时则为 4MHz。所有的器件版本都包括一个逻辑电源引脚和一个 ON 引脚,前者用于直接连接低至 1.62V (SPI) 或 3V (I2C) 的低电压微控制器,而后者则可实现 LTM2892 的停机 (消耗电流小于 10μA)。其他特点包括:可在大于 50kV/μs 的共模瞬变过程中提供不间断的通信,以及在隔离势垒的两端提供坚固的 ±15kV ESD HBM。 LTM2892 采用 9mm x 6.25mm 表面贴 BGA 封装;所有集成电路和无源组件都内置于这个符合 RoHS 要求的 μModule 封装中。千片批购价为每片 5.95 美元。 照片说明:隔离式 SPI / 数字或 I2C 接口 性能概要:LTM2892 · 6 通道逻辑隔离器:3500VRMS · 3V 至 5.5V 电源运作,两侧隔离接口 · 无需外部组件 · SPI (LTM2892-S) 或 I2C (LTM2892-I) 选项 · 可承受高共模瞬变:50kV/µs · 高速操作 o 10MHz 数字隔离 o 8MHz / 4MHz SPI 隔离 o 400kHz I2C 隔离 · 1.62V 至 5.5V 逻辑电源以实现灵活的数字接口 · 可在隔离势垒两端提供 ±15kV ESD HBM · 共模工作电压:850VPEAK · 低电流停机模式 (<10µA) · 小型 9mm x 6.25mm x 2.91mm BGA 封装

    时间:2013-08-01 关键词: Linear dc 电源新品 隔离器

  • 瑞萨针对配有微型隔离器的IGBT驱动器发布智能功率器件

    微型隔离器的应用可进一步缩小电动及混合动力汽车功率逆变器的体积瑞萨电子公司开发的配有内置式微型隔离器的 IGBT 驱动器智能器件日本东京讯-全球领先的半导体及解决方案供应商瑞萨电子株式会社(TSE:6723)今天宣布开发出了隔离型IGBT驱动器的R2A25110KSP智能型功率器件, 适用于电动和混合动力汽车功率逆变器。R2A25110KSP中融入了瑞萨电子公司最新开发的微型隔离器隔离专项技术。这些技术可为汽车应用系统建立更可靠、更紧凑的系统。用于驱动电动和混合动力汽车中的电机的逆变器包含一个采用诸如IGBT的电机驱动元件的动力模块,和一个具有在低压驱动电子和高压动力电子之间形成隔离功能的控制电路模块。功率逆变器市场需求的不断增长促使功率模块变得更加紧凑,以降低系统的尺寸、重量和总体成本。因此,寻求集成隔离元件和IGBT驱动器电路解决方案的需求不断增长,以更大程度地缩小功率模块的尺寸,不断满足在提高性能、节约成本方面不断增长的要求。应市场上的这种需求,瑞萨电子公司开发出了 R2A25110KSP产品。最新R2A25110KSP的主要功能(1) 融合隔离技术和高能IGBT驱动器的单封装解决方案,适用于更小的印刷电路板 (PCB) 脚位R2A25110KSP 有一个内置隔离装置,叫做“微型隔离器”,这是瑞萨电子公司专有的一项隔离信号传输技术,它采用的是空芯变压器。该器件是针对在极端环境温度下工作的汽车应用系统设计的,其额定信道温度为150°C (最高)。凭借低散布率(指在特性曲线值的范围较小的情况), R2A25110KSP 驱动器具有快速切换能力,适用于电机驱动应用系统的效率的改进。此外,与竞争产品相比, IGBT 驱动器的驱动能力比前者高2~4倍(接通状态下的抗阻:1.0 ?最大),可在不使用外部晶体管的情况下,直接实现 IGBT驱动,减少了外部元件的使用,从而能够缩小 PCB脚位区域,并采用更为紧凑的逆变器控制电路板设计。(2) 即使在驱动并联的IGBT时,也能够实现全面的过电流和超温保护,增强了卓越的系统可靠性IGBT器件作为逆变器系统中的驱动元件被并联使用。在许多 HEV/EV应用系统中,两个 IGBT 器件并联在一起,用于驱动大功率电机。因此,逆变器系统应该检测两个IGBT的异常情况,如:过电流和/或超温等,并加以避免。而传统的IGBT 驱动器,只有一个过电流保护和/或超温保护。这就需要更大的电路板面积。The R2A25110KSP集成了两种方法,可在不增加电路板面积的情况下,实现对两个 IGBT的保护。(3) IGBT 芯片温度监测器,可提高系统稳定性IGBT芯片温度监测器可连续监测两个 IGBT的温度,并通过微型隔离器将与温度较高的IGBT的相关信息反馈给 MCU。可根据脉冲的占空比计算温度。整合的其它功能包括有源米勒箝位和软关断。有源米勒箝位可在IGBT处于关闭的状态下,显示故障关断。软关断功能可在出现诸如过电流等异常情况时,逐渐关闭IGBT。该 IGBT关断功能可避免在IGBT上出现因导线和电线的电感降低而引起的过电压峰值。这些功能可在系统脚位更小、性能更好及稳定性更强方面,提高产品的性价比。瑞萨公司正努力推出适用于汽车应用系统的三相电机领域推出产品生产线。本公司正在扩展其有效的销售努力,以便将总体方案与MCU和功率器件结合起来。瑞萨公司也在推进其它“微型隔离器”未来产品的规划和开发,以便在产品中融入其它功能,进而满足汽车系统的隔离要求。

    时间:2013-05-17 关键词: 驱动器 微型 配有 隔离器

  • 通用串行总线(USB)集线器隔离器电路

    电路功能与优势 通用串行总线(USB)正迅速成为大部分PC外设的标准接口。由于它具有出色的速度、灵活性,并且支持设备热插拔,因而正在取代RS-232和并行打印机端口。工业和医疗设备制造商也非常希望使用这种总线,但苦于没有很好的方式来为控制危险电压的机器连接或者医疗应用中的低泄漏防去颤连接提供必要的隔离,导致应用推广相当缓慢。 ADuM4160主要设计用作USB外设的隔离元件。但在某些情况下,它也可以用于隔离主机。为此,必须先解决几个问题。ADuM4160上游和下游的缓冲器完全相同,均能驱动USB电缆,但下游缓冲器还必须能够根据与之相连的全速或低速外设调整速度。 在构建专用外设接口的应用中,速度是已知的并且不会改变,而主机应用则不同,必须随机应变。ADuM4160通过引脚以硬连线方式确定单一速度。因此,当插入下游侧的外设速度正确时,它正常工作;当所连外设的速度不正确时,它无法工作。解决这一问题的最佳办法是将ADuM4160与一个集线器控制器相结合使用。 可以将集线器控制器的上游侧看作是一个标准的固定速度外设端口,利用ADuM4160可以很容易对其进行隔离,而下游端口的速度则由集线器控制器处理。集线器控制器转换不同速度的外设,以便与上游端口速度相匹配。图1电路显示在某个设计中如何使用一个双端口集线器芯片来隔离两个下游主机端口,这种处理可以使设计完全符合USB规范。   图1. 隔离USB集线器电路 ADuM4160提供了一种经济简单的方式来实现工业和医疗外设隔离缓冲器。利用该器件的挑战在于必须将其与集线器芯片配对,以构建完全兼容的主机端口。与任何外设隔离一样,ADuM4160和集线器提供如下功能特性: 1.在上游直接隔离集线器芯片的USB D+和D?线路,使集线器能够管理下游主机端口活动。 2.针对不需要外部控制线路的控制数据流实施自动控制方案。 3.提供医用级隔离。 4.允许创建一个或多个符合USB-IF认证标准的主机端口。 5.支持全速信号速率。 6.支持灵活的电源配置。 本应用电路的目标是像全速外设一样对集线器进行隔离。集线器或主机功能要求为各下游端口提供2.5 W功率。隔离器下游侧的电源以及集线器和端口的电源是作为解决方案的一部分而提供。本应用电路是许多医疗和工业应用的典型电路。 电路描述 上游USB连接器所用的电源从USB电缆提供的5 V VBUS电压获得。集线器芯片必须提供未使用ADuM4160时所需要的所有信号和上拉/下拉电阻。所选的集线器芯片为 SMSC USB2512双端口USB集线器控制器,它具有低成本和小尺寸的特点。此外,还可以使用相同尺寸的4通道版本。本设计为全功能型,通过MIC2026配电开关支持各通道的限流功能,并具有充足的离线稳压电源,可为下游各通道提供2.5 W功率。下游侧的电源由一个壁式电源适配器和ADP3339 LDO调节器(5 V选项)提供。此器件可提供非常低的压差,从而降低了对壁式电源适配器的调节要求。其小尺寸特点和1.5 A电流能力非常适合这种通用电路,其下游外设可能需要电缆的全部功率才能工作。 ADuM4160具有多种电源、速度和保护选项,必须加以确定。外设以三种速度之一运行:低速(1.5 Mbps)、全速(12 Mbps)和高速(480 Mbps)。ADuM4160不支持高速运行,会阻止用于协商该速度的握手信号。所选的集线器芯片支持高速运行,但ADuM4160的正常运行不允许这种模式。必须通过SPU和SPD引脚的状态将ADuM4160设置为以全速工作。在目前的原理图中,SPU和SPD引脚连接到3.3 V稳压电源VDD1和VDD2,从而将器件设置为全速运行。 可以通过VBUSx引脚提供5 V电源。3.3 V信号电压由内部3.3 V调节器在VDDx引脚产生。另一种选择是直接向VBUSx和VDDx提供3.3 V电源。器件能够检测到这种配置,并直接使用3.3 V电源,禁用内部调节器。出于说明需要,ADuM4160配置为接受一个3.3 V外部电源,并且旁路内部调节器。VBUS2和VDD2引脚短路连在一起,由ADP3330 LDO调节器产生的3.3 V外部电压供电。 ADuM4160还提供一个选项,可以在外设控制下延迟应用上游上拉电阻。此功能由PIN输入控制。在本应用中,PIN输入短路至高电平,因此,只要对集线器芯片施加电源,就会用到上游上拉电阻。在有些应用中,可以将它连接到一个控制器的GPIO引脚,可以采用一个固定延迟电路,或者可以像本电路一样连接。如何使用此功能取决于设计人员。 本电路还显示了EOS/ESD保护器件。这些器件选自那些提供各种不同器件的制造商,所选的特定器件允许用0 Ω短路电阻予以代替,以便将其从电路中移除。设计人员应当仔细考虑保护器件选择,包括不需要外部保护到需要全套瞬变抑制器和滤波器元件的各种情况。本应用电路所包括的元件是可以使用的典型元件。 当电路工作时,会进行包检测,并将数据从隔离的一侧传送到另一侧。图2和图3所示的数据分别以时域数据和眼图形式展示了典型的全速处理情况。   图2. ADuM4160上游端口驱动的全速测试包流量 在实时数据中,需要注意的特点是包开始时为无源空闲状态,它会转换为受驱J状态,还有处理结束时的包末尾显示为单端0状态,其后是空闲J状态。正是这种自动控制流和对这些特殊逻辑状态的处理,才使ADuM4160芯片得以实现,并且是市场上独一无二的。 该集线器设计与上游数据连接完全隔离,可承受最高达5 kV的瞬变电压。下游端口通过离线电源供电,以支持全功率应用。低速、全速和高速外设可以任意组合连接到下游端口,集线器控制器根据USB标准正确协商速度。此设计中还包括电流切换和限制功能,还为其它输出保护器件预留了位置,设计人员可以根据需要选择安装。 图3为全速眼图,显示ADuM4160能够提供充分张开的眼图,并远离禁入区域。但有一个转换是例外,它侵入了禁入区。对于这种测试认证来说这是可以接受的。针对低速*估也获得了类似的数据。*估板的照片如图4所示。   图3. 显示禁入区域的全速眼图   图4. ADuM4160隔离USB集线器*估板

    时间:2013-01-22 关键词: USB 集线器 通用串行总线 隔离器

  • 采用光耦的模拟信号隔离器电路

    采用光耦的模拟信号隔离器电路

    时间:2012-08-18 关键词: 电路 模拟信号 开关控制 光耦 隔离器

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