德州仪器:将一款增强型隔离器的效率提升80%有多难

2017-03-23 12:46:07 来源:EEFOCUS
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隔离是阻止系统的两个部分之间的DC和不期望的AC的一种手段,同时仍然能够实现这两个部分之间的数据和电力传输。强化隔离有助于保护操作人员和低压电路免受高压影响,提高抗噪声能力,以及处理通信子系统之间的接地电位差。产生隔离电源的传统方法是使用DC/DC转换器以在反激式、飞降或推挽式拓扑中驱动变压器,从而增加设计的额外空间和成本影响。


近日在德州仪器最新增强型隔离器产品ISOW7841的发布会上,德州仪器隔离器全球市场经理Gina Hann介绍,该公司自1997年推出第一代隔离器产品,当时的产品只是实现基本绝缘,多为光耦或变压器形式,通过线圈来实现电源隔离;到2008年推出第二代的数字隔离器,已经可以实现3000V的隔离电压等级;2014年德州仪器推出了第三代即增强型隔离器,相对于此前的基本绝缘,这种新的增强型隔离器可以实现6000V~10000V的隔离电压等级。

 

德州仪器隔离器全球市场经理Gina Hann


此次德州仪器推出的最新增强型隔离器产品ISOW7841采用容性隔离技术,为电源+隔离器的高集成度解决方案。Gina Hann强调,这款产品具有业内最低辐射、最高转换效率和高抗扰度特点,可以帮助减少物料清单和电路板空间,易于系统认证,同时集成电源提高了简易性、有助于提高板级的可靠性。

ISOW7841具有比同等解决方案高出80%的传输效率,这种性能提升带来的好处显而易见。从下图中测试结果对比来看,其他同等解决方案的结温达到了90摄氏度,ISOW7841的温度是50摄氏度。这对于应用场景而言是非常重要的,因为更高的工作温度会消耗更多的功率。如果在多通道解决方案中,高温会导致更低的效率及更短的系统寿命,这意味着降低了设备/系统的可靠性。ISOW7841解决方案将工作温度降低40摄氏度,能够做到高效、低温度,所以德州仪器的解决方案可以集成更多的通道,同样的情况下,德州仪器解决方案比同等解决方案的生命周期和稳定性也高很多。

 

ISOW7841具有比同等解决方案高出80%的传输效率


从高集成度角度考虑。一个传统的解决方案包含有数字隔离器、变压器驱动器IC、变压器、LDO等分立器件,这种解决方案的元器件非常多;通过将增强型隔离器及DC/DC转换器、变压器集成在一起,ISOW7841方案就非常简单高效,从而使整个PCB的设计变得简洁,整个PCB的尺寸会小高很多,也节省了成本。ISOW7841能够支持的工作电压可以支持到1000V有效值,从而提高整个系统的稳定性和生命周期。

 

高集成性单芯片解决方案


更低的辐射发射和更高抗扰度,这是ISOW7841的另一个显著特点。从对外辐射EMI测试的一个标准第三方的测试标准无线图可以看出。ISOW7841解决方案可实现比业界同等解决方案要低超过10dB的辐射发射。这10dB对系统设计意味着可以通过相应的测试,满足系统指标要求,从而提高整个系统的稳定性和冗余度。

 

左侧为ISOW7841的EMI测试结果,右侧因为同等解决方案的结果


Gina Hann介绍,在一些变频器设计应用中,有客户采用了其他同等解决方案,遇到了EMC测试的问题,而在采用ISOW7841后很顺利的通过了EMC测试。ISOW7841在客户的方案中得到了验证:这款产品的EMI是非常低的,真正做到了业界更低的对外辐射。

工厂自动化也是非常苛刻的一个工业应用场景,因为前端的信号是一些高压模拟量,而MCU差不多是3.3V到5V,所以要进行模拟信号到数字信号的转换。在信号采集进来之后,有一些模拟量,比如温度、电压的采集量要转换成后面MCU能够接受的信号,在中间会经过数字信号的放大,然后再进行一些ADC的转换,中间需要隔离,再到处理器进行信号处理。还有一些是从高电压到低电压的应用,中间需要隔离器来进行电源和信号的隔离处理。在工厂自动化的应用中,因为整个环境非常复杂,会有几千瓦甚至几十千瓦的驱动电机,一旦开启,整个环境的噪声非常大,信号会有非常强的干扰。因此,ISOW7841增强型隔离器体现的更强的信号、更高的抗干扰性在这些应用场景下大有可为。

“对现有的工厂自动化、PLC(可编程逻辑器件)、以及对应的电机驱动等应用,本身现场环境就比较复杂,同时需要和一些大功率器件相结合,比如变频器、马达电机等,其噪声干扰非常强,对整个系统的稳定性要求非常高。这类应用对ISOW7841这样的增强型隔离器产品的需求更加迫切。”Gina Hann如是说。

 

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高扬
高扬

与非网总编。网称“羊在发现”,电子工程科班出身,三载研发历练,以我专业背景和对文字的热爱进入与非网,属偶然中的必然。愿不断发现电子奥妙、产业脉动,以我见我思还一个真相。工作之外,话剧、旅行、阅读是最大乐事。

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