凯利讯半导体

 凯利讯半导体有限公司成立于2008年,专业从事电子元件销售服务。拥有广泛而畅通的供应渠道,并保留了大量电子元件库存,包括所有类别的产品,如:光器件,嵌入式系统,半导体,电路保护元件,无源元件,连接器,传感器等。产品广泛应用于电力,网络,通信,工业控制,汽车,军工,仪表仪表,金融设备,工业控制,计算机接口设备,消费电子等领域。

数字隔离装置在能量收集应用中无处不在

0
阅读(180) 评论(0)

  隔离在能量收集系统中起着举足轻重的作用,提供高电压的保护不仅对人类运营商也在这些系统敏感的电子电路。确保适当的隔离与隔离技术设计要求应用程序匹配的特点。为工程师,建立一个适当的孤立系统变得简单由于隔离组件的数组可以从供应商包括模拟设备,安华高科技,英飞凌科技,格言集成,NVE,硅实验室,德州仪器公司,东芝半导体。

  在高压应用程序如太阳能收集或battery-stack管理、电隔离是必要的对于保护用户和系统危险电压水平。低压隔离是不重要的应用,如ambient-powered无线传感器噪声,瞬态信号,共模电压,和其他因素会降低测量精度,甚至损伤敏感组件。

  在任何应用程序中,隔离设备允许系统在不同的电压域之间传递信号而阻止电流通过它们之间。例如,在电动汽车使用光电隔离器,提供一个数字所使用的低压系统组件之间的屏障和高压系统用于驱动马达,充电主电池和供应系统电源(图1)。

  在电动汽车的形象安华高科技光电隔离器使用

artilce-2015august-digital-isolation-devices-fig1.jpg

  图1:隔离扮演关键的角色分离不同的电压域同时允许信号通过它们之间的自由。电动汽车为例,依靠光电隔离器放置在整个系统中独立的高压驱动总线的低压信号总线。凯利讯半导体科技

  虽然隔离可以发生在这两个模拟和数字域,使用数字光电隔离器可以提供更大的灵活性在选择组件和电路的优化设计。传感器信号链,例如,在使用数字隔离允许设计师缩短传感器之间的信号链和链本身的ADC提高模拟性能。此外,这种方法避免了精度问题,可能出现如果模拟隔离组件引入错误的增加,非线性,抵消信号到达之前ADC。


  数字隔离技术

  数字光电隔离器通常依靠光学、电容式或磁力耦合器技术传输比特流在不同电压域。考虑他们在产品安全的重要作用,基本性能参数是严格管制的国家和国际标准。光学光电隔离器已经应用了一段时间,由IEC 60747和1577 UL标准。其他标准如VDE 0884 - 10和IEC 60747-5-5指定附加性能特征与电容式和磁技术。因此,使用这些不同的技术实现组件的制造商提供类似的性能特征,如工作电压、隔离电压和共模瞬态免疫力(CMTI)。相比之下,这些技术可以提供显著差异在电力需求,数据传输速率和电动或磁场免疫力。

  一个光电隔离器至少包括LED光电探测器,通常由一个气隙,它提供了一个物理隔离屏障。LED作为传输信号光强度的变化在这障碍光电探测器,它将透射光回到原始信号。制造商建立在这个基本设计与附加电路来提高性能和可靠性。例如,安华高科技hcpl - 7723光隔离器结合了领导和光电探测器和高速跨阻抗放大器和电压比较器的输出驱动程序(图2),而Avago acsl - 6210提供了双向通道(图2 b)。

  图的Avago Tehnologies LED-photodetector电路

artilce-2015august-digital-isolation-devices-fig2.jpg

  可用图2:光隔离器扩展基本LED-photodetector电路放大器和比较器(A)或(B)双向通道。(凯利讯半导体科技)

  光学隔离是最常用的隔离方法之一,它能对电磁噪声产生免疫。因此,这种方法在工业和汽车应用领域尤其有效,因为在工业和汽车领域,强电场或磁场可能存在。

  另一方面,led功耗特性可以转化为更高的功率要求。此外,在使用多年后,继续使用可能导致LED磨损和可能的故障。因此,设计师们通常会寻找其他的太阳能采收系统的隔离技术,在这些系统中,20年的续航时间通常是指定的。最后,led的使用及其限制的切换速度,意味着传输速度低于其他隔离技术。尽管如此,设计师们还是可以找到高速的光电隔离器,如刚刚提到的Avago HCPL-7723和东芝半导体TLP117。这两个设备提供50 MBd传输速率,22 ns(max)传播延迟,3750 Vrms隔离电压,和10 kV /µs CMTI。


  电磁耦合

  对于长寿命的应用程序或那些需要尽可能高的日期速率的应用程序,设计人员可以使用基于电容或磁隔离的设备。这两种类型的设备都可以达到150mbps的传输速率,相应的传输延迟也很短。例如,基于电容的隔离器,如Maxim集成的MAX14934、硅实验室SI8422和德州仪器ISO7641隔离器,分别实现了150mbps的数据速率和7.5 ns、11 ns和10.5 ns的传播延迟。

  电容式光电隔离器依靠一个隔离屏障形成的两个电容,每个铜顶板和conductive-silicon底板两侧的二氧化硅介质(图3),隔离器的输入端连接债券电线的顶板隔离电容,输出端连接到底板。输入信号会使电容器的电场发生变化,从而产生由输出端检测到的电荷的比例变化,从而相应地重构原始信号。

  德州仪器电容式隔离器的图像。

artilce-2015august-digital-isolation-devices-fig3.jpg

  图3:电容式隔离器将信号转换为隔电隔离栅隔开的电容器板上的电场变化。(由凯利讯半导体)

  实际上,电容式隔离器对磁场是免疫的。另一方面,他们使用电场来传输信号意味着他们容易受到外部电场的影响——例如,他们可能会担心在高压线路附近运行的应用。尽管如此,制造商们仍然在这些设备中使用紧密间隔的差动输入,以显著减轻外部电场的影响。为了进一步增强电磁免疫,硅实验室的SI8422等设备使用射频发射器和接收器,通过电容隔离屏障传递信号。接收端包含一个解调器,该解调器根据其射频能量内容解码输入状态,以在设备的输出引脚上重建输入信号。

  相反地,模拟装置iCoupler族和英飞凌技术等的磁耦合隔离器实际上对电场免疫。当然,由于它们使用磁场来发出信号,这些类型的隔离器很容易受到外部磁场的干扰。与电容式隔离器一样,感应耦合装置是分层结构。电容式隔离器使用绝缘介质中分离的一对电容极板,感应耦合装置使用一对线圈隔开一层绝缘层,从而在器件的输入和输出引脚之间建立隔离屏障。输入信号通过输入端线圈产生电流变化,在隔离屏障的输出端诱导线圈的比例电流。设备的输出阶段检测输出端线圈电流的这些变化,并重新构造原始信号。

  巨磁电阻(GMR)隔离器类似地基于磁耦合,但依赖于非常大的或“巨大”的薄膜材料电阻的变化,在绝缘屏障上应用磁场。在器件输出端的GMR电阻结构中,电阻的巨大变化会产生一个大的输出信号,可以提高灵敏度和准确度。GMR技术支持非常快的切换速度,允许像Avago技术HCPL-090J和NVE Sloop家庭设备,如NVE IL712这样的设备实现100mbd和150mbps的数据速率和15个ns和10个ns的传播延迟。此外,在GMR隔离器中使用的材料的稳定性使产品寿命很长。例如,NVE为其Sloop家族设备引用了44000年的屏障生命。


  结论

  在低压应用中,电流隔离对于高电压应用和可靠性至关重要。对于设计人员来说,数字隔离器提供了一种简单的方法来确保任何电路中的隔离。为了满足对传输速度、电磁免疫和其他操作特性的特殊要求,工程师们可以在光学、电容性或磁耦合技术的基础上找到一系列适合的数字隔离器。