通過集成數(shù)據(jù)和電源隔離來保護(hù)我們的工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

冬天越來越短，氣溫在上升，我想你會(huì)同意我的觀點(diǎn)，過熱從來都不是一件好事。無論是人、設(shè)備還是比薩餅，我們都不希望任何東西過熱。

隨著對(duì)工業(yè)應(yīng)用（例如工廠自動(dòng)化和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備）的需求增加，向系統(tǒng)添加更多功能的需求也隨之增加。這給電源管理系統(tǒng)帶來了更大的壓力，需要在不提高設(shè)備溫度的情況下為各種電路供電以獲得最佳性能。

數(shù)據(jù)隔離器可以輕松實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離。但是僅僅隔離數(shù)據(jù)是不夠的；電源也需要隔離。在某些情況下，有兩個(gè)隔離電源可用于直接為隔離器的初級(jí)和次級(jí)側(cè)供電。但在其他情況下，應(yīng)用程序可能沒有輔助電源。在這些情況下，我們需要從主電源生成隔離的輔助電源。

圖 1 顯示了使用分立元件構(gòu)建隔離電源的解決方案。由初級(jí)電源供電的變壓器驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生一個(gè)推挽信號(hào)來驅(qū)動(dòng)隔離變壓器的初級(jí)繞組。根據(jù)匝數(shù)比，變壓器提供所需的次級(jí)電壓。變壓器后面的整流二極管有助于整流，后面的穩(wěn)壓器有助于消除紋波。如果整流器的輸出對(duì)于系統(tǒng)性能來說足夠好，甚至可以取消穩(wěn)壓器。

圖 1：使用分立元件的隔離電源

由于外部變壓器，該解決方案提供了非常好的功率傳輸效率，但使用多個(gè)組件會(huì)增加系統(tǒng)成本和電路板空間。如果系統(tǒng)使用多個(gè)隔離器，則需要復(fù)制分立電路以匹配隔離器的數(shù)量——你猜對(duì)了——這會(huì)增加系統(tǒng)成本和電路板空間。

提供隔離信號(hào)和電源的單芯片解決方案可以解決這些問題。圖 2 顯示了 TI 的 ISOW7841，它提供隔離的數(shù)據(jù)和電源。isow7841是一個(gè)高性能、四通道增強(qiáng)數(shù)字隔離器系列，具有集成的高效功率轉(zhuǎn)換器。集成的DC-DC變換器提供高達(dá)650 mW的隔離功率，效率高，可配置為各種輸入和輸出電壓配置。因此，在空間受限的隔離設(shè)計(jì)中，這些設(shè)備消除了單獨(dú)隔離電源的需要。

isow784系列器件在隔離CMOS或LVCMOS數(shù)字I/ o的同時(shí)，提供高電磁抗擾度和低發(fā)射。信號(hào)隔離通道有一個(gè)邏輯輸入和輸出緩沖器，由雙電容二氧化硅(SiO2)絕緣屏障隔開，而功率隔離采用薄膜聚合物隔離的片上變壓器作為絕緣材料?？商峁└鞣N配置的正向反向通道。如果輸入信號(hào)丟失，默認(rèn)輸出是高的isow784設(shè)備不帶F后綴，低的設(shè)備帶F后綴(seeVSI和VSO可以是VCC或VISO，這取決于通道方向)。

這些設(shè)備有助于防止數(shù)據(jù)總線上的噪聲電流，如RS-485、RS-232和CAN，或其他電路進(jìn)入當(dāng)?shù)氐孛?，干擾或損壞敏感電路。通過創(chuàng)新的芯片設(shè)計(jì)和布局技術(shù)，器件的電磁兼容性得到了顯著提高，以簡化系統(tǒng)級(jí)ESD、EFT、浪涌和排放合規(guī)。功率轉(zhuǎn)換器的高效率允許在較高的環(huán)境溫度下工作。該器件采用16針SOIC寬體(SOIC- wb) DWE封裝。

00mbps數(shù)據(jù)速率

在1kV RMS工作電壓下，預(yù)計(jì)使用壽命為100年

可達(dá)5000V RMS隔離等級(jí)

高達(dá)10kV PK浪涌能力

±100 kV /μminimumCMTI

集成高效DC-DC變換器與片上變壓器

3-V至5.5 v寬輸入電源范圍

調(diào)節(jié)5v或3.3 v輸出

輸出功率高達(dá)0.65 w

5v到5v;5v ~ 3.3 V:可用負(fù)載電流≥130ma

3.3 V ~ 3.3 V:有效負(fù)載電流≥75ma

緩啟動(dòng)以限制涌流電流

過載和短路保護(hù)

熱關(guān)機(jī)

默認(rèn)輸出:High和Low

低傳播延遲:13ns型(5v電源)

強(qiáng)大的電磁兼容性(EMC)

系統(tǒng)級(jí)ESD、EFT和手術(shù)免疫

±8kv IEC 61000-4-2接觸放電保護(hù)跨越隔離屏障

Lowemissions

16針寬SOIC封裝

擴(kuò)展溫度范圍:-40°C至+125°C

該設(shè)備不需要外部組件來構(gòu)建隔離電源。集成的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器提供高達(dá) 650mW 的隔離輸出功率，并且由于它是集成的，因此減少了電路板空間和解決方案成本。

圖 2：采用 ISOW7841 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳感應(yīng)用的隔離電源和串行外設(shè)接口

我們可能會(huì)想到的一個(gè)問題是這種集成是否可能導(dǎo)致設(shè)備和系統(tǒng)溫度升高，從而導(dǎo)致系統(tǒng)故障。與其他可用的集成解決方案相比，具有集成電源的 ISOW7841 增強(qiáng)型隔離器的效率提高了 80%，如圖 3 所示。高效的電源傳輸有助于在保持冷卻的同時(shí)向輸出驅(qū)動(dòng)更多功率，提供額外的功率來驅(qū)動(dòng)其他設(shè)備. 更高的效率還有助于促進(jìn)多個(gè)通道靠得更近，而不會(huì)過熱。 

圖 3：ISOW7841 與競爭解決方案之間的效率比較