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[电源技术] 数字隔离在电子产品中的应用———数字隔离在电子产品中的应用

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admin 发表于 2014-4-21 13:43:19 | 显示全部楼层 |阅读模式

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[摘要]:本文将重点对数字隔离器的工作原理,产品特点及性能等分别进行介绍,再讲解数字隔离器在电子产品中的部分应用。[关键词]:数字隔离器 电子产品 无线传输
  当前的电子系统中,往往有很多数字信号和模拟信号需要进行传递,同时要求有很高的电阻隔离特性,实现电子系统与用户之间的隔离,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。针对隔离产品市场,Silicon Labs公司推出以无线传输来实现信号的隔离和传递,同时在性能方面得到了很大的提升。
本文将重点对数字隔离器的工作原理,产品特点及性能等分别进行介绍,再讲解数字隔离器在电子产品中的部分应用。
  一、隔离产品的工作原理
1、按照隔离产品的传播方式可以分为光耦隔离、磁隔离和电容隔离,以及Silicon Labs产品中采用的无线隔离。以光耦为例,其传播原理如下:
   20101021102500000012011060916053315102.jpg
  

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。其优点是信号单向传输,隔离电压高,抗干扰能力强;其缺点也比较明显,速度不会特别快,最高50Mbps,LED功耗较大,工作时间较长LED很容易老化。
2、Silicon Labs以无线的方式实现信号的隔离和传播,下面以Si84xx为例说明其工作原理。
   20101021102517000012011060916053315103.jpg
   
说明:左边Input做为信号的输入,将该信号转换为无线射频信号后,右边进行RF接收和处理,并且通过Output将接收的信号进行输出。无线信号的调制频率为2.4GHz左右,不在通讯频率范围。其调制和解调信号如下图:
   20101021102549000012011060916053315104.jpg
  
   
因为采用了无线信号进行信号的传递,信号的转换和传递速度快,数据传递速率可达到150Mbps,尺寸也可以做的很小,功耗非常低,传播时间短,隔离电压非常高。由于是无线进行信号传递,容易造成电磁干扰。
  二、Silicon Labs隔离产品分类及特点
1, Silicon Labs隔离产品,大致可分为三类,数字隔离,隔离门级驱动,电流隔离传感,如下:

   20101021110043000012011060916053315105.jpg
   20101021110100000012011060916053315106.jpg
  

2, 产品特点。Silicon Labs隔离产品具有功耗低、速度快、传播延迟短等优点,是业界速度最快,集成度最高的隔离器。最高速度达到150Mbps,一个IC最高能集成6通道,隔离电压可达到5KV,共模瞬态抗扰度(CMTI)高,大于25KV/uS;EMI方面,符合IEC 61000-4-8 和 IEC 61000-4-9标准。
3, 数字隔离可供选择的产品非常多,有单向、双向及混合型的隔离产品,单通道和多通道的产品均有,如下。

   20101021110143000012011060916053315107.jpg
  4, 产品的隔离性能很好,其参数如下。
   20101021110159000012011060916053315108.jpg
  三、Silicon Labs隔离产品的性能及应用
  1, Silicon Labs隔离产品能消除地线回路的问题,实现不同电压的传送,增加共模抑制比等。
   
   20101021110250000012011060916053315109.jpg
  A, 消除地线回路应用
   20101021110349000012011060916053315110.jpg
  
B, 实现电压传送应用
   20101021110415000012011060916053315111.jpg
   C, 增加共模抑制比应用
   20101021110433000012011060916053315112.jpg
  
D, 使逻辑电平兼容应用
   20101021110456000012011060916053315113.jpg
   
2, Silicon Labs隔离产品在工业领域中的应用

   20101021110538000012011060916053315114.jpg
  A,隔离ADC数据
   20101021120058000012011060916053315115.jpg
   
    特点是在高压电路中传送低压信号,消除地线回路,抑制共模噪声,低延时,高速度,可靠性高。
   B,工业通讯隔离
   20101021123820000012011060916053315116.jpg
   
   能实现现场总线,器件总线,控制总线的隔离,能是用户和系统之间进行保护和隔离,传输速度快而且可靠性高。
  3, Silicon Labs隔离产品Si8405等能实现I2C的双向隔离,比光耦减少1/3空间,支持35mA开路输出,外围电路仅需要两个电阻和电容,支持时钟速度达1.7MHz。
   20101021123931000012011060916053315117.jpg
  

在传统的I2C通讯隔离中,需要将两套单向的隔离器件重复使用,才能将信号双向信号(比如Data)进行有效的隔离。
  4, Silicon Labs隔离产品在能源系统中的应用,典型的有开关电源,灯光照明,逆变器,马达控制等等,在系统的应用机会如下:
   20101021123948000012011060916053315118.jpg
  

  Silicon Labs的数字隔离器件,具有速度高、隔离电压高、功耗低、可靠性高的特点,能很好的应用于电子产品中,并且可供选择的产品类型众多。在电子系统的应用中,Silicon Labs的数字隔离器件能很好地消除地线回路,增加共模抑制比,通讯数据隔离。
  目前,Silicon Labs授权代理商世强电讯可以提供Si84xxISO开发板、分布供电参考设计、IBIS 模型等。
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