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应对三大隔离挑战,德州仪器全新方案强化工业与汽车系统可靠性

发布时间:2018-11-15 21:42 所属栏目:[外闻] 来源:51CTO
导读:【51CTO.com原创稿件】在信号或功率传输时,往往需要把直流信号或有用的通信数字信号从一个子系统传输到另一个子系统,并隔离开不想要的交流分量或噪声,这就需要用到隔离器件。隔离可用于保护操作人员和低压电路免受高压影响,处理通信子系统之间的接地电

【51CTO.com原创稿件】在信号或功率传输时,往往需要把直流信号或有用的通信数字信号从一个子系统传输到另一个子系统,并隔离开不想要的交流分量或噪声,这就需要用到隔离器件。隔离可用于保护操作人员和低压电路免受高压影响,处理通信子系统之间的接地电位差,提高抗噪能力。

为了应对市场对隔离技术要求的不断提高,德州仪器(TI)在日前推出了两款最新的隔离器产品,包括ISO224增强型隔离放大器、ISO1042隔离式CAN收发器,为客户带来更高可靠性、更强性能、更小尺寸的隔离体验。相比同类产品,TI全新隔离方案具备更高的工作电压、比传统CAN标准更快的通信速度,可帮助工程师更好地保护低压电路,并提高工业应用(如电网基础设施、电机驱动和楼宇自动化)及混合动力汽车和纯电动汽车(HEV/EV)的通信吞吐量。

应对三大隔离挑战,德州仪器全新方案强化工业与汽车系统可靠性

德州仪器隔离器产品线产品市场工程师 Neel Seshan

德州仪器隔离器产品线产品市场工程师 Neel Seshan在媒体说明会上表示,TI对于隔离器件市场的投入是非常重视的,过去TI发布了ISO7和ISO8系列隔离器件,以及隔离+隔离电源器件ISOW,可以同时服务工业和汽车电子领域的。TI一直关注该领域的投资,设计并制造更多先进的隔离电子元器件产品。

应对三大隔离挑战,德州仪器全新方案强化工业与汽车系统可靠性

以全新隔离方案应对三大挑战

目前,隔离市场主要面临三大挑战。第一个挑战是针对鲁棒性的,常常在电子系统设计里会遇到,例如需要测量高压端的信号,如何能够把高压端信号安全地传输到低压端。第二个挑战是可靠性,是指在有害或噪声非常大的环境下的可靠性。在现代电子系统里经常存在高温或高噪声电子环境,在这种条件下,如何才能把信息、信号有效传输。第三个挑战是尺寸,现在电子系统的尺寸越来越小,工程师往往需要在更小的单位体积里实现更多的功能。

众所周知,在传输功率时,功率是电压和电流的乘积,为了传输更高功率有两个办法,一是提高电压,二是增大电流。增大电流对于导线有更高的要求,一般越大的电流需要越小的传输电阻,这种情况之下,只能加粗铜线的截面积,整合系统的成本就会明显上升。考虑到传输更大功率,提高电压是在电气或成本上比较容易实现的方法,因此为了低压侧的安全,就需要加入隔离措施。隔离器件的的应用场景非常广泛,包括工厂自动化、电网基础设施、电机驱动、楼宇自动化、工业运输、汽车(OBC, BMS)等众多领域。

Neel Seshan谈到,现在市场上比较常见的隔离技术有很多种,最常见的有光电隔离,解决大家所熟知的光耦。其次是变压器隔离,也是很常见的隔离技术。TI采用的技术是电容性的隔离,所使用的核心材料是二氧化硅。之所以采用这个技术,是因为二氧化硅本身具有的最高介电强度达到了500Vrms/μm。光电隔离器件、变压器等所使用的材料介电强度则远远达不到这一数值。

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具体来说,德州仪器隔离器件内部结构有两个内核DAI,每一个DAI都有个电容信号,信号从线路进去之后,首先通过调制经过第一个隔离器,再通过绑定进入第二个隔离器,耦合到第二个DAI,通过第二个DAI解调,再把它通过电子信号传输。信号传输通路历史机通过了两个隔离电容对应信号,这是TI新一代隔离性能增强的隔离器件普遍所使用的技术。

Neel Seshan表示,这些先进的隔离技术将给电子技术系统设计带来很多好处。首先,可靠的电机隔离可以使电子系统有更长的使用寿命;其次,噪声环境下的高可靠性运作,也是该技术的主要优势之一,在非常嘈杂的环境之下可以大幅提升性能的隔离中继;第三,在器件很多的情况下,当其他电子元器件集成了TI最新的隔离技术之后,就会实现更多功能。

ISO224增强型隔离放大器

ISO224是具有业内最高的精度和工作电压以及极长的使用寿命、能够大幅提升隔离性能的隔离放大器,它典型应用于电压采样设计部分的器件,拥有以下三个主要特点:

应对三大隔离挑战,德州仪器全新方案强化工业与汽车系统可靠性

首先,拥有最高的可靠性,通过TDDB测试得到的数据,ISO224在1.5kV的寿命测试是135年,而一般电子系统的寿命是几年或十几、二十年。所以,ISO224可以给电子设备的可靠运行时间带来非常大的寿命预量。同时,ISO224具有共模瞬态噪声的变异能力,当它在非常嘈杂环境工作的时候,能达到80Vrms/μs共模瞬态噪声抑制能力,在嘈杂环境下可以提供可靠的隔离。

其次是增益误差,运放增益误差本身的漂移,ISO224B可以实现0.3%的增益误差,所有性能参数都在-55度到125度整个全温度工作范围内可以达到。同时,隔离运放输出带宽最高可达275kHz,输出信号带宽越宽,测量系统的信号反应就越快。典型应用场景就是马达控制,因为马达在高速运转、当测量电压变化时,需要对玛雅驱动和控制系统进行快速响应,这种情况下,更宽的输出信号带宽能使系统设计做出更快速的反应。

ISO224能给设计带来的另一个好处是精简的外部电路设计以及很强的诊断能力。ISO224电源在低压一侧可以直接接到5V系统里,不需要任何额外的外部元器件,输入也可以直接接入到ADC里,最大程度减少了外部器件以及PCB面积和成本。从电源设计上来讲,它是单端的5V充分电源,不需要正负电压设计。相比传统的隔离放大电路,简化的设计可以减小60%的PCB面积。从诊断功能上来讲,当输出端的功能电压或供电正常,被隔离的高压端电源系统工作正常的时候,该器件会有共模电压输出。当高压端或被隔离这一端的电源出现问题的时候,共模电压就会掉到零,利用这个特性,ISO224能够对于高压端是否正常工作做出诊断。

ISO1042隔离式CAN收发器

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