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                                  选择数字隔离器的考虑因素

                                  2021-01-20 03:07:20 发表

                                  介绍

                                  隔离是一种防止直流和不受控制的交流电流在一个系统的两个部分之间,同时允许信号和电力在这两个部分之间转移的手段。为了保护人工操作人员,防止高压系统中昂贵的处理器受损,打破通信网络中的接地回路,以及与高端设备通信,这种隔离是必需的。在许多不同的系统应用中,包括工业自动化系统、电机驱动、医疗设备、太阳能逆变器、电源和混合动力汽车,当寻求为诸如SPI、UART、I2C、RS-485和RS- 232等接口实现电隔离时,数字隔离器是一个常见的选择。本应用概要确定了关键考虑时,选择正确的数字隔离器给定的应用,并为理解不同的选择从德州仪器(TI)广泛的数字隔离器组合提供了指南。


                                  TI隔离技术

                                  TI隔离器使用二氧化硅(SiO2)为基础的高压电容器作为数字隔离器中的信号绝缘和介质。稍后讨论的数字隔离器系列使用两个厚的SiO2电容器串联-在隔离屏障的两侧各有一个,以实现高压隔离。这种屏障技术的图形表示见图1。与电感型(聚酰亚胺)绝缘子和传统的光耦合器相比,SiO2提供了最高的介电强度,不会因环境湿度而降解,并且可以提供>100年的隔离屏障寿命。要更深入地解释TI的隔离技术,请参考使高压信号隔离的质量和可靠性。


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                                  图1.串联电容器隔离


                                  关键隔离规范

                                  在选择合适的数字隔离器之前,对于设计人员来说,了解其给定系统应用的隔离规范要求是很重要的。一旦知道了这一点,设计者如何知道一个装置能提供多少保护,以及一个隔离器能承受的最大电压是多少?数字隔离器的高压隔离性能在组件级由最大瞬态隔离电压(VIOTM)、隔离耐受电压(VISO)、最大浪涌隔离电压(VIOSM)、最大重复峰值电压(VIORM)、工作电压(VIOWM)和共模瞬态抗扰度(CMTI)等参数进行量化。这些参数代表了数字隔离器处理不同大小的高压应力和瞬态分布的能力,是为特定的系统要求选择合适的数字隔离器的关键。


                                  ?最大瞬态隔离电压(VIOTM): IEC 60747-5-5和VDE 0884-11定义为隔离器可以处理60秒而不击穿的峰值瞬态电压。系统电源上的电弧或负载变化会造成干扰,电压可能会短暂地变成线路电压的几倍。隔离器必须能够在不损坏的情况下处理这些过电压。

                                  ?隔离耐受电压(VISO):与VIOTM类似,隔离耐受电压根据UL 1577定义为隔离器在60秒内不击穿时所能处理的电压均方根(rms)值。两者之差是以均方根值表示的,而不是峰值电压。

                                  ?最大冲击隔离电压(VIOSM):量化隔离器承受特定瞬态剖面的非常高的电压冲击的能力。该波形如图2所示。该参数表示直接雷击和间接雷击。根据IEC 60747-5-5和VDE 0884-11,声称具有某种VIOSM的隔离器必须在峰值电压为VIOSM的1.3倍(基本隔离)和VIOSM的1.6倍(增强隔离)下通过浪涌试验。数字隔离器只有通过了大于10kV的浪涌试验,才能在部件级被称为加强器。


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                                  图2.瞬态波形飙升


                                  ?最大重复峰值电压(VIORM): IEC 60747-5-5和VDE 0884-11定义为隔离器所能承受的最大重复峰值电压。本规范旨在确定隔离器在连续的、每天的基础上处理高电压的能力。

                                  ?工作电压(VIOWM):与VIORM类似,工作电压是隔离器在指定的长寿命内所能承受的最大有效值(rms)或等效直流电压。同样,不同之处在于给出的值是有效值,而不是峰值电压。

                                  ?CMTI:共模暂态抗扰性是隔离器容忍两个接地之间的高摆频电压暂态的能力,而不会破坏通过它的信号,这可能会导致误码。在某些应用中,这些由瞬态信号引起的比特错误可能导致危险的短路事件。CMTI越高,隔离通道的鲁棒性越强。


                                  在“高压强化隔离:定义和测试方法”中可以找到关于这些隔离参数的更多解释。上述隔离认证确保您的应用符合全球行业标准。使用这些表格检查哪些钛设备符合每个认证要求。


                                  封装选项

                                  爬电距离和间隙是指沿封装表面以及隔离器一侧引脚与另一侧引脚之间的空气距离。该距离由基于隔离电压要求、隔离器封装模制化合物的材料组、比较跟踪指数(CTI)和高度等参数的系统级标准规定。CTI表示封装模制化合物处理稳定高电压而不发生表面退化的能力。更高的CTI允许在相同的工作电压下使用更小的封装。德州仪器提供爬电距离高达14.5毫米的封装选项,表3所示的隔离器系列均可保证600伏以上的CTI。

                                  封装还决定了数字隔离器的隔离通道数量和解决方案尺寸。TI数字隔离器封装选项的比例图如图3所示,各封装的测量值、爬电距离和通道数如表1所示。


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                                  图3.封装


                                  表1 .封装属性

                                  包装标识符长度(mm)宽度(mm)爬电距离(mm)通道
                                  8-pin SOIC4.93.9141,2
                                  16-pin SSOPDBQ 4.93.93.73,4,6
                                  8-pin SOICDWV 5.857.58.52
                                  16-pin SOICDW 10.37.581,2,3,4,6
                                  16-pin SOICDWW 10.31414.51,2,3,4


                                  由于数字隔离器的封装对隔离器的隔离性能有直接影响,因此在为特定应用选择合适的器件时,必须考虑封装规格。每个产品系列和包装的隔离能力见表3。

                                  结论本应用简报介绍了选择和缩小工业和汽车设计中使用的数字隔离器产品组合的一些重要考虑因素。这些考虑在评估技术信息时也很有用 隔离接口设备的附加产品组合。要对所涵盖的主题进行更深入的解释和分析,请参考表2中的相关技术文档。涵盖这些和类似隔离处理的视频系列可在TI的隔离概述页面以及精密实验室培训中心找到。

                                  表2 .相关技术文件

                                  文献号文档标题
                                  SSZY028实现高电压信号隔离质量和可靠性
                                  SLYY063高压强化隔离:定义和试验方法
                                  SLLA284A数字隔离器设计指南
                                  SLYT649利用高性能数字隔离技术突破极限


                                  表3 .数字隔离器系列

                                  设备系列VIOTM (VPK)VISO (VRMS)VIOSM (VPK)VIORM (VPK)VIOWM (VRMS)最小值 CMTI(kV/μs)CTI (V)封装选项
                                  ISO77xx4242,   7071, 80003000,   50004000,   5000, 8000 566,   637, 1414400,   450, 100085>600DWV,DBQ,DW   D,
                                  ISO78xx8000570080002121,   28281500,   2000100>600DW,   DWW


                                  重要通知和免责声明

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