TI 电容隔离技术详解

合集下载

隔离芯片专题分析

隔离芯片专题分析

隔离芯片专题分析隔离芯片专题分析1.隔离芯片:电路安全保障芯片国产替代加速期隔离器件是将输入信号进行转换并输出,以实现输入、输出两端电气隔离的一种安规器件。

电气隔离能够保证强电电路和弱电电路之间信号传输的安全性,如果没有进行电气隔离,一旦发生故障,强电电路的电流将直接流到弱电电路,可能会对人员安全造成伤害,或对电路及设备造成损害。

另外,电气隔离去除了两个电路之间的接地环路,可以阻断共模、浪涌等干扰信号的传播,让电子系统具有更高的安全性和可靠性。

一般来说,涉及到高电压(强电)和低电压(弱电)之间信号传输的设备大都需要进行电气隔离并通过安规认证。

数字隔离器是最简单的隔离器件。

隔离器件可以分为5类:数字隔离器,隔离接口,隔离运放,隔离驱动及隔离电源。

其中数字隔离器为最简单的隔离器件。

CMTI(共模瞬变抗扰度,)为衡量数字隔离器性能的关键指标。

CMTI是隔离产品最重要的指标之一。

CMTI指是指瞬态穿过隔离层以破坏驱动器输出状态所需的最低上升或下降dV/dt (kV/µsorV/ns)。

以光伏逆变器系统为例,隔离驱动器有一侧的地是悬浮的并且快速切换的。

CMTI是一个关键指标,如果CMTI 能力不够,可能会导致输出错误,可能会出现电路短路,影响系统安全。

对其他应用比如电机驱动器,变频器也是如此。

除了CMTI之外,还有EMC,时序能力,寿命等指标用于衡量数字隔离器性能。

1.1.数字隔离器:最基础的隔离器件数字隔离器是新一代隔离器件。

隔离器件广泛应用于信息通讯、电力电表、工业控制、新能源汽车等各个领域。

从技术路线上来说,隔离器件可以分为光耦和数字隔离芯片两种。

相比传统光耦,数字隔离芯片是更新一代、尺寸更小、速度更快、功耗更低、温度范围更广的隔离器件,并且拥有更高的可靠性和更长的寿命。

数字隔离又分为磁耦合和电容耦合。

磁耦数字隔离器由ADI 设计开发的一款适合高压环境的隔离电路。

它是一种基于芯片尺寸的变压器,采用了COMS工艺+线圈结构,传输速度快,可靠性强,但专利封锁强。

新型数字电容隔离器功能原理介绍

新型数字电容隔离器功能原理介绍

新型数字电容隔离器功能原理介绍工业和医疗应用中机器和设备设计规定的愈加严格迫使我们必须要在几乎所有类型的电子系统或电路中实施电隔离。

尽管数字隔离器已经代替了模拟隔离器,从而简化了隔离接口的设计,但广大设计人员现在面临的挑战是日益增长的高系统性能需求。

这里所说的高性能不仅仅指高数据速率和/或低功耗,而且还指高可靠性。

一方面,在恶劣的工业环境中通过稳健的数据传输来满足这一需求。

另一方面,特别是对隔离器而言,通过长使用寿命来解决这个问题。

最近在芯片设计和制造方面的技术进步已经成就了第二代数字电容隔离器,其高性能给低功耗和高可靠性定义了新的标准。

本文将介绍其功能原理和内部结构,并讨论其电流消耗和预计寿命。

功能原理图 1 显示了一款数字电容隔离器(DCI)的内部结构图。

该隔离器输入分为两个差分信号路径:一条为高数据速率通道(称作 AC-通道),另一条为低数据速率通道(称作 DC-通道)。

AC-通道传输介于 100 kbps 和 100 Mbps 之间的信号,而DC-通道则涵盖了从 100 kbps 到 DC 的范围。

图 1 数字电容隔离器的内部结构图高速信号由 AC 通道来处理,信号在通道中首先从单端模式转换为差分模式,然后被隔离层的电容-电阻网络差分为许多瞬态。

后面的比较器再将这些瞬态转换为差分脉冲,从而设置和重置一个“或非”门触发器。

相当于原始输入信号的触发器输出馈至判定逻辑(DCL)和输出多路复用器。

DCL 包括一个看门狗定时器,该定时器用于测量信号转换之间的持续时间。

如果两个连续转换之间的持续时间超出定时窗口(如低频信号的情况下),则 DCL 则指示输出多路复用器从 AC-通道切换到 DC-通道。

由于低频信号要求大容量电容器,而这种电容器使片上集成变得很困难,因此DC-通道的输入要有脉宽调制器(PWM)。

该调制器利用一个内部振荡器(OSC)的高频载波对低频输入信号进行调制。

在 AC-通道中对调制后信号的处理过程与高频信号相同。

电容隔离式隔离型RS-485全双工收发器ISO3080、ISO3082、ISO3086、ISO3088

电容隔离式隔离型RS-485全双工收发器ISO3080、ISO3082、ISO3086、ISO3088

电容隔离式隔离型RS-485全双工收发器ISO3080、ISO3082、ISO3086、ISO3088
RS-485/RS-422的应用包括:过程控制网络,工业自动化,楼宇自动化,安防系统运动控制与电机控制,在工业与仪器仪表中,常常需要在距离很远的多个系统间传输数据,,RS-485总线标准是工业与仪器仪表中使用非常广泛的物理层总线设计标准之一。

在各个系统接入总线中往往需要在控制器与收发器中间进行隔离,保证系统的安全与可靠,因为在较远距离的传输时往往会有接地环路、瞬态电压等干扰,因此一个可靠的隔离设计非常重要,以往都是在控制器与收发器的中间接入一个光耦或数字隔离器进行隔离,这造成设计难度与产品体积的增加,尤其是配置成全双工通信时这种情况更为明显,
TI采用电容隔离式的隔离型RS-485全双工收发器ISO3080、ISO3082、ISO3086、ISO3088能有效的改善这两个问题,潮光光耦网有售,它将隔离通道与收发器集成在一个芯片上,省去了中间额外的设计环节并缩小体积。

下图为采用全双工总线配置连接的RS-485总线事例,此配置也称为采用多点主从/配置连线的四线式RS-485网络,能实现双向同时通信。

TI集成型电源和数据隔离方案实现80%效率提升

TI集成型电源和数据隔离方案实现80%效率提升

TI集成型电源和数据隔离方案实现80%效率提升-德州仪器(TI)近日推出一款具有集成电源的新型单芯片增强型隔离器ISOW7841,支持3V至5.5V的输入电压范围,同时提供业界最佳的0.65W输出功率。

其最大性能优势在于效率比现有集成器件高出80%。

如何在更小的封装内提供更高性能呢?TI隔离器全球市场经理Gina Hann给出了答案。

据介绍,得益于ISOW7841的超低功耗,器件结温降低到40℃。

因此,与其它集成解决方案相比,ISOW7841可实现更高的功率输送、更大的通道数和更长的系统寿命。

Gina Hann 告诉21ic记者,DC/DC本身设计的优秀性使其实现更高的效率,没有把多余的损耗转换成热量。

同时,整个芯片的设计也经过优化,进一步降低了产品的结温。

图ISOW7841与其它集成解决方案相比结温显著降低ISOW7841属于TI的第三代单芯片增强型隔离方案,具有三个正向/一个反向通道配置,是ISOW78xx系列首款器件。

其1kVrms的工作电压有助于提高系统的可靠性和寿命。

数据传输速率高达100 Mbps。

通过降低系统噪声并提供强大的电磁兼容性,ISOW7841可提高系统信号的完整性,以符合国际电工委员会(IEC)61000-4-x静电放电和电气快速瞬态事件标准要求,其辐射发射水平低于10dB。

据Gina Hann介绍,这10dB对系统设计意味着可以轻松通过相应的测试,满足系统指标要求,从而提高整个系统的稳定性和冗余度。

从下图测试中可以看到,绿色是测试信号对外辐射的频谱,上面的蓝色阶梯形状是对应的IEC EMC测试标准。

在大部分的频段上,ISOW7841都有很大的余量,即使中间的两个尖峰,ISOW7841也有3至5dB的余量。

图ISOW7841满足IEC EMC测试标准在哪些应用中ISOW7841能充分发挥其优势呢?Gina Hann表示,工业现场往往都需要用到隔离技术。

工厂前端传感器做信号采集,连接若干生产线,设备到设备之间进行长距离传输,最后到后台信号的处理,整个系统非常复杂。

电容隔离原理

电容隔离原理

电容隔离原理
电容隔离原理是指利用电容器进行信号隔离的一种技术。

在电路中,通过两个或多个带电板之间的电介质(通常为氧化铝陶瓷或聚酰亚胺等)形成电容,在电容器两端形成等效电容,从而实现输入端和输出端的电气隔离。

电容隔离原理的关键在于电容的基本特性。

电容器是一种能够在两个电极之间储存电荷并产生电场的元件。

当电容器被连接到信号源时,输入端的信号影响电容器两端电势的变化,从而在输出端产生对应的电势变化。

然而,由于电容器之间的电介质隔离,输入端和输出端之间并没有直接的电气连接。

通过这种方式,电容隔离原理可以实现对输入信号与输出信号之间的隔离,防止电流和干扰信号从输入端传播到输出端,从而有效保护输出端的设备和信号源。

此外,电容隔离还能防止由于接地干扰等原因引起的共模干扰,并提高系统的抗干扰性能。

在实际应用中,电容隔离广泛应用于工业控制系统、医疗设备、精密测量设备等场合。

电容隔离技术的优点包括低功耗、高绝缘性能、广泛的频率响应范围等。

然而,电容隔离也存在一些问题,如频率限制、衰减和相位失真等,需要根据具体应用需求进行合理选择。

总之,电容隔离原理通过利用电容器实现输入与输出之间的电气隔离,有效防止电流和干扰信号的传播,提高系统的抗干扰
性能。

这种隔离技术在保护设备和信号源方面具有重要的应用价值。

TI 电容隔离技术详解

TI 电容隔离技术详解

New Generation Capacitive
Isolation
Capacitor dielectric
Circuit 1
Signals
Circuit 2
Ground 1
Ground 2
More than one conductive path between two circuits creates a ground-loop
Multiple ground paths may lead to unintended equalization currents
primary to secondary. It’s given as the dU/dt up to which no false toggeling of the output will occur (e.g. 35kV/us). Usually scales ~ linearly with Vcc. • Creepage and Clearance Discusses the surface-distance that may conduct if wet/polluted, respectively the air-distance. For 560V/4kV mostly 4mm is sufficient, for 890V/6kV mostly 8mm is needed. Depends on pollution degree
communications or IEC-60601-1 for medical) dictates what is needed on silicon level
NOMENCLATURES / DEFINITIONS (3/3
• Common Mode Transient Suppression: Discusses the quick change in Reference potential

德州仪器 隔离测量系统 TIVP1、TIVP05、TIVP02 数据表说明书

德州仪器 隔离测量系统 TIVP1、TIVP05、TIVP02 数据表说明书

隔离测量系统TIVP1、TIVP05、TIVP02 数据表IsoVu 探头技术可在基准电压以 100V/ns 或更快速度回摆±60kV 时提供高达 ±2500V 的精确差分测量。

第二代探头采用IsoVu 第 2 代设计,其尺寸仅为第一代的五分之一,但却拥有所有的 IsoVu 技术优势。

凭借通用的 MMCX 连接器以及带宽、动态范围和共模抑制功能的结合,IsoVu Gen 2 探头为隔离探头技术树立了新标准,并能够通过 SiC 和 GaN 实现宽带隙电源设计。

IsoVu 探头的优势IsoVu 技术使用光纤供电和光模拟信号路径,以在测量系统和 DUT 之间实现完全光电隔离。

这种隔离的重要优势是允许探头在共模电压下独立浮动。

•DC 时 160 dB (100,000,000:1) CMRR•100 MHz 时高达 120 dB (1,000,000:1) CMRR • 1 GHz 时高达 80 dB (10,000:1) CMRR •±60 kV 共模电压范围•高达 ±2500 V 差分输入电压范围•高达 ±2500 V 偏置范围高电压和高带宽如果使用传统的差分探头,则必须在高带宽或高电压电平之间进行选择。

IsoVu 探头具有屏蔽同轴电缆和隔离层,可提供高带宽和 ±2500 V 的差分电压范围。

第 2 代 IsoVu 可提供200 MHz 、500 MHz 和 1 GHz 的带宽,以满足您的预算和性能要求。

高性能和便捷的连接IsoVu 探头端部具有一系列连接和附件,性能和可接入性较高。

探头可以直接连接到 MMCX 连接器,这种连接器价格便宜且使用广泛。

这样就可以提供稳定的、免提测试点,以及高带宽和共模抑制。

坚硬的金属主体屏蔽了中心导体,最大程度地减小了接地回路的面积,从而将干扰降至最低。

还可提供其他附件使探头端部能够用于多种连接方式。

另外还提供 0.100" 和 0.200" 间距的四方针端部以用于差分电压大于 ±250V 的场景。

ICT原理介绍

ICT原理介绍

-------华科胜电子转载ICT原理介绍:一.隔离 ( Guarding )原理隔离为ICT量测很重要的一种应用技术,乃是将待测零件相连接的零件给予隔离,使待测零件的量测不受影响,如下图所示,应用运算放大器设计之电压随耦器,使输出电压 ( VG )与其输入电压 ( VA )相等,及运算放大器之两输入端间虚地( Virtual Ground )的原理,使得与待测零件相连的零件之两端同电位,而不会产生分流来影响待测零件的量测,如同是已将将待测零件相连接的零件给予隔离。

经由隔离之实施后,流经R1的电流几近零,不致影响R之量测。

由于V G=V A,因此I3=0所以R1=V/I1隔离 ( Guarding )基本原理图定电流测量法如下图所示,为被使用测量大电阻的测量法,乃是应用欧姆定律( Ohm’s Law ):R = V / I,提供定电流源至待测电阻,再由其两端所量测之电压值,来计算待测电阻之阻值。

定电流/电压测量法如下图所示,为常被使用之电阻的测量法,乃是应用反相放大器( Inverting Amplifier )原理:Vo = -Vi * Rf / R,计算出待测电阻R dut= -Vi * Rf / Vi。

I DUT = -I REFVi/R DUT = -Vo/R REFR DUT = -(Vi*R REF)/Vo 定电压测量法二.电容器的测试原理定电压测量 ( MODE C )图十二如上图所示应用运算放大器( OPA )之反相放大原理:Vo = -V * R / Xc,其中Xc =1/ ( 2fC )乃电容所产生的电抗,f为交流定电压的频率,再以角加速度『 = 2f』来代表,则可由公式:C = -Vo / ( V * * R ),来计算出电容之值定电流测量 ( MODE C )当电容值为10uF以上时,计算机会自动设定DC电容量测法。

此法是用DC定电流来使待测电容充电,然后由充电的时间可算出电容值。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

Applications utilizing Isolation
Consumer Electronics: • Video (TV, VCR, etc.) • Plasma displays • Electronic gaming • Home appliances
Primary Task: Isolation between High-Power and User
Computers & Office Equipment • Isolated I/O • Printers and plotters • Fax machines
Nomenclatures / Definitions (1/3)
• Operation Voltage: Voltage that may be applied continuously across the Isolation barrier, mostly 560Vpk or 890Vpk • Transient Voltage: Voltage that may occur temporarily across the barrier (tested per VDE for 1 minute), mostly 4kVpk (relates to 3kVrms per UL, as tested for 10s only) or 6kVpk • Surge Voltage Single event surge, with the assumption that all effects have been recovered from prior to another surgeevent, mostly rated for a 10kV single peak.
Capacitive Isolation
A Technical Overview
Signal Isolation
The Real World
Position Flow Pressure Sound Light Humidity
TRANSCEIVERS RS-485/ CAN
ISOLATION
Temperature Speed
Why Isolation? Common Mode Noise
Signals referenced to GND2
Signals referenced to GND1
Basic/Functional Isolation vs. Reinforced Isolation
“An improved basic insulation with such mechanical and electrical properties that, in itself, the insulation provides the same degree of protection against electrical shock as double insulation. It may consist of one or more layers of insulation material.” [UL-60950-1]
Primary Task: Isolation between High-Power and Control Signals Isolation of Bus-Nodes to prevent Corruption of the complete Bus & Common Mode Rejection
Voltage supply 1 Circuit 1 Ground 1
Signals
Voltage supply 2 Circuit 2 Ground 2
Why Isolation? Ground Loops
More than one conductive path between two circuits creates a ground-loop Multiple ground paths may lead to unintended equalization currents
Isolator
Signal and Return Path
Ground loop
Ground Potential Difference
Signal and Return Path
Ground Potential Difference
Ground loop can be broken by Disconnecting the grounds Common-mode chokes Frequency selective grounding Differential amplifiers Galvanic isolators Only galvanic isolation provides protection for very large potential differences
Applications utilizing Isolation
Medical: • Microwave therapy • Patient monitoring • Electrocardiographs • Defibrillators Communications: • PBX (Private Branch Exchange) and central office • Telephone terminal equipment • Telephoneபைடு நூலகம்switching equipment • Modems • ISDN • Ethernet / PoE
• Basic / Functional Isolation: Assumes a single level of isolation with a certain strength. Applicable for most applications in industrial for fieldbusses and AC-equipment up to 400Vrms, and for consumer electronics. Mostly rated at 560Vpk continuous, 4kVpk transient voltage. • Reinforced / Double Isolation: Double Isolation assumes a two-level isolation with a certain strength each. Reinforced addresses a single level of isolation that, however, provides the same reliability as the two-layer. Applicable for most medical applications and AC-equipment above 400Vrms. Mostly rated at 890Vpk continuous, 6kVpk transient , 10kV surge voltage. Medical needs 5kVrms transient. Intrinsically safe Applications demand double isolation. Note: the End-equipment-standard (e.g. IEC-60950 for communications or IEC-60601-1 for medical) dictates what is needed on silicon level
mC
PLC
ADC
DSP
DIGITAL INTELLIGENCE
What is Isolation?
Galvanic isolation: Although Circuit 1 and Circuit 2 exchange signals, no current (electrons) pass from Circuit 1 to Circuit 2. Why is isolation required in electrical systems: Break ground loops Reduce common mode noise Safety from high voltages
Note: this is not complete and subject to change. Exceptions may apply!
Applications utilizing Isolation
Industrial: • Robotics • PLC input/output isolation • Industrial networks • Motor control • Power supplies
Basic/Functional Isolation vs. Reinforced Isolation (cont’d)
When is Reinforced required: - 6kVpp systems (e.g. 600V IGBTs/FETs) - Today: all Medical applications (5kVrms!) - Future: Medical applications for isolation from the patient
Primary Task: Medical: Isolation between Power and Patient Communications: Isolation between Power and Caller Isolation of Bus-Nodes to prevent Corruption of the complete Bus
Nomenclatures / Definitions (2/3)
相关文档
最新文档