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这三点入手帮你认识数字隔离器,从此光耦是路人

2017年03月13日 12:19 次阅读

在恶劣的电机应用环境中,应用要求能够抵御高压瞬变,防止数据受扰,并且消除高压电压力对隔离器隔离寿命的影响。此类应用的典型隔离解决方案是光耦合器,其内部绝缘层很厚,可以承受高压,但缺点是要使用发光二极管(LED),其光强度会随着时间推移和温度变化而降低,这就会带来设计和可靠性问题。

新型数字隔离器不使用LED,消除了可靠性问题,改善了绝缘能力,可与光耦合器相媲美,除此之外,它们的优势是对高压瞬变的抗扰度更强,能够更好地满足电机控制应用的要求。

认识数字隔离器,从基本框架开始

数字隔离器结构和技术如图1中的示例框图所示。根据具体架构,数字隔离器响应输入逻辑电平或输入脉冲。可使用不同方法编码和解码信号,以便跨越隔离栅收发逻辑数据。

图1. 数字隔离器框图

脉冲编码技术如图2所示,其优点是当编码和解码脉冲之间的时间较长时,低数据速率下消耗的电源电流较低。

图2. 数字隔离器:脉冲编码数据架构

载波技术如图3所示,即所谓开关键控(OOK),其在低数据速率时消耗的电流多于脉冲编码方法。在较高数据速率(10 Mbps以上)时,OOK方法消耗的电源电流少于脉冲编码技术。OOK技术相比于脉冲编码技术的优势在于,OOK技术的逻辑更简单,故而传播延迟更低,最大数据速率更高。

图3. 数字隔离器:开关键控数据架构

脉冲编码技术的缺点是:如果外部噪声扰乱了输出数据,这种状况会持续一微秒或更长时间,直至内部纠错逻辑纠正错误或出现新的数据沿。对于电机控制应用,这可能意味着栅极驱动器开关或反馈控制信号会在一定时间内失控,该时间足够长,以至于开关电路或电机驱动可能受损。利用OOK技术,如果电压瞬变扰乱数据,这种扰乱只会在噪声出现的短暂时间内干扰数据输出,因为信号是被持久不变地驱动的。此外,由于架构较简单,OOK数字隔离器可以设计得非常鲁棒,不惧电机控制应用中的电气噪声。

数字隔离器的抗扰度如何?

在大型电机应用中,当电机控制开关电路在桥电压中产生步进变化时,隔离栅上的共模电压变化可能会产生噪声。隔离器耐受此高压摆率电压瞬变且隔离器输出不受干扰的能力,便是共模瞬变抗扰度(CMTI)。光耦合器的CMTI可能不是很高,因为其接收元件非常敏感,易受容性耦合效应影响。光耦合器的容性耦合是一种单端结构,信号和噪声只有一条路径跨越隔离栅。这就要求信号频率必须远高于预期的噪声频率,以便隔离栅电容对信号提供低阻抗,而对噪声提供高阻抗。当电机控制信号频率较低时(通常低于16 kHz),共模瞬变的高频成分会高于信号频率,其幅度可能足以扰乱光耦合器输出。

考察图4所示的基于变压器的数字隔离器,变压器有一个差分输入结构,其为输入信号和噪声提供了不同的传输路径,因此必然具有更大的共模噪声抗扰度,而且不存在光耦合器要求信号频率高于噪声频率的限制。改进的电气噪声抗扰度使得器件能在高噪声环境下可靠地工作。

图4. 变压器耦合数字隔离器框图

图5显示了电机控制开关期间共模瞬变的高桥电压和快速dV/dt的开关噪声,数字隔离器必须能抵抗这种干扰。

图5. 电机控制应用中的共模瞬变dV/dt

示波器波形显示,对于开关键控架构的变压器耦合数字隔离器,要扰乱数据,从GND2到GND1的快速共模瞬变(CMT)须高于150 kV/μs,而且隔离器输出受扰乱的时间非常之短,只有区区3 ns。实现超高CMTI的关键在于发送器必须不断产生差分载波信号,并且接收器必须具有很高的输入共模变化抗扰度。

必须关注的浪涌保护能力

电机控制应用中可能出现高压瞬变或浪涌,此类浪涌的峰值可能超过10,000 V,而上升时间仅有1.2 μs。光耦合器通过很厚的内部绝缘层来满足浪涌保护要求。对于采用二氧化硅的数字隔离器,为使内部应力不致引起裂缝,可制成的绝缘厚度是有限制的。采用聚酰亚胺的数字隔离器绝缘可以改善浪涌保护能力,分为多层制造且总厚度为30 μm的聚酰亚胺绝缘业已证明非常有效。在图6中,30 μm聚酰亚胺的浪涌测试结果表明它非常鲁棒,可以耐受±20 kV峰值。

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发表于 2015-01-14 17:10 2386次阅读
如何减轻米勒电容所引起的寄生导通效应

为适应数字隔离器传播延迟 CAN节点位时序大升级

CAN协议(比如DeviceNet或CANOpen)依赖内置的错误检查和差分信号采样。电流隔离可进一...

发表于 2014-09-05 16:03 597次阅读
为适应数字隔离器传播延迟 CAN节点位时序大升级

Silicon Labs针对消费类电子市场推出最...

高性能模拟与混合信号IC领导厂商Silicon Labs今天宣布针对需要高达1kV功能性隔离的成本敏...

发表于 2014-07-01 11:39 306次阅读
Silicon Labs针对消费类电子市场推出最...

浅谈数字隔离器件的选型与应用

数字隔离技术常用于工业网络环境的现场总线、军用电子系统和航空航天电子设备中,尤其是一些应用环境比较恶...

发表于 2014-04-18 09:52 1545次阅读
浅谈数字隔离器件的选型与应用

数字隔离器是一种方便易用的USB隔离方法

USB,是英文Universal Serial Bus(通用串行总线)的缩写,个人电脑(PC)可以使...

发表于 2014-03-17 15:38 2214次阅读
数字隔离器是一种方便易用的USB隔离方法

Mouser即日起开始供应 ADI 业界功耗最低...

2013年12月24日 – 贸泽电子 (Mouser Electronics) 即日起开始供应 An...

发表于 2013-12-24 17:47 344次阅读
Mouser即日起开始供应 ADI 业界功耗最低...

ADI公司推出业界功耗最低的数字隔离器

中国,北京——Analog Devices, Inc. (NASDAQ:ADI)最近推出业界功耗最低...

发表于 2013-11-19 16:53 332次阅读
ADI公司推出业界功耗最低的数字隔离器

在非隔离应用中将数字隔离器用作电平转换器

iCoupler数字隔离器广泛用于跨越隔离栅传输数字信号。某些情况下,数字隔离器在非隔离应用中也非常...

发表于 2013-10-24 14:04 521次阅读
在非隔离应用中将数字隔离器用作电平转换器

ADI iCoupler数字隔离解决方案出货量破...

ADI公司(NASDAQ:ADI),全球领先的高性能信号处理解决方案供应商,今天宣布基于其专有iCo...

发表于 2013-09-23 14:10 233次阅读
ADI iCoupler数字隔离解决方案出货量破...

利用数字隔离器优化隔离系统设计

数字隔离器为光耦合器一类的较老技术提供了一种可靠、易用的替代方案。利用数字隔离器,工程师们可以优化隔...

发表于 2013-08-16 15:48 557次阅读
利用数字隔离器优化隔离系统设计

Vishay推出带有光电晶体管输出的低交流输入电...

日前,Vishay Intertechnology, Inc.(NYSE 股市代号:VSH)宣布,...

发表于 2013-07-09 19:31 530次阅读
Vishay推出带有光电晶体管输出的低交流输入电...

Vishay发布超小SSOP-4 Mini-Fl...

Vishay Intertechnology, Inc.(NYSE 股市代号:VSH)宣布,发布两组...

发表于 2013-03-11 11:55 1106次阅读
Vishay发布超小SSOP-4 Mini-Fl...

pwm信号通过pc817b光耦出现失真的讨论

电子发烧友网大毛带你讨论pwm信号通过pc817b光耦出现失真过程和解决方法。

发表于 2013-01-18 22:34 3421次阅读
pwm信号通过pc817b光耦出现失真的讨论

利用数字隔离器解决智能电表隔离问题

  智慧电表若内建DC耐受电流变压器,效能将容易受到磁力的影响;但改採用电阻式分流器,则无法支援电流...

发表于 2012-12-12 16:57 572次阅读
利用数字隔离器解决智能电表隔离问题

ADI推出业界最小的隔离式DC-DC转换器

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI),全球领先的高性能信号处理解决方...

发表于 2012-11-15 09:27 613次阅读
ADI推出业界最小的隔离式DC-DC转换器

如何估算MOS管的驱动电流?

第一种: 可以使用如下公式估算: Ig=Qg/Ton 其中: Ton=t3-t0td(on)+tr ...

发表于 2012-10-26 14:17 14038次阅读
如何估算MOS管的驱动电流?

测试测量每天一问(1):HCNR200典型应用电...

问题阐述:采用的是HCNR200,但是,运放输出总是饱和,也就是说运放未能处于反馈状态,R1==R2...

发表于 2012-09-29 11:01 5507次阅读
测试测量每天一问(1):HCNR200典型应用电...

Vishay扩充其低输入电流光耦产品组合VOM6...

Vishay Intertechnology, Inc.(NYSE 股市代号:VSH)宣布,发布新系...

发表于 2012-09-24 17:38 406次阅读
Vishay扩充其低输入电流光耦产品组合VOM6...

分析对比:模拟与数字隔离技术

工业电路设计的工程师都要用隔离技术来解决安全问题、法规监管,以及接地层问题。如果您的电路中做了隔离,...

发表于 2012-09-17 16:07 1221次阅读
分析对比:模拟与数字隔离技术

SHARP光耦简单剖析

SHARP光耦简单剖析

发表于 2012-08-28 16:36 797次阅读
SHARP光耦简单剖析

IGBT驱动光耦推荐专场(TLP350,TLP2...

IGBT驱动光耦推荐专场(TLP350,TLP250,PC929,PC923)

发表于 2012-08-27 15:34 2793次阅读
IGBT驱动光耦推荐专场(TLP350,TLP2...

光宝通用光耦

光宝通用光耦

发表于 2012-08-23 16:14 1107次阅读
光宝通用光耦