數(shù)字隔離工作原理及其應(yīng)用 - 全文

　　本文將重點(diǎn)對(duì)數(shù)字隔離器的工作原理，產(chǎn)品特點(diǎn)及性能等分別進(jìn)行介紹，再講解數(shù)字隔離器在電子產(chǎn)品中的部分應(yīng)用。

　　一、隔離產(chǎn)品的工作原理

　　1、按照隔離產(chǎn)品的傳播方式可以分為光耦隔離、磁隔離和電容隔離，以及Silicon Labs產(chǎn)品中采用的無線隔離。以光耦為例，其傳播原理如下：

?

　　輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(LED)，使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出，這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。其優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)單向傳輸，隔離電壓高，抗干擾能力強(qiáng);其缺點(diǎn)也比較明顯，速度不會(huì)特別快，最高50Mbps，LED功耗較大，工作時(shí)間較長(zhǎng)LED很容易老化。

　　2、Silicon Labs以無線的方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離和傳播，下面以Si84xx為例說明其工作原理。

?

　　說明：左邊Input做為信號(hào)的輸入，將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為無線射頻信號(hào)后，右邊進(jìn)行RF接收和處理，并且通過Output將接收的信號(hào)進(jìn)行輸出。無線信號(hào)的調(diào)制頻率為2.4GHz左右，不在通訊頻率范圍。其調(diào)制和解調(diào)信號(hào)如下圖：

?

　　因?yàn)椴捎昧藷o線信號(hào)進(jìn)行信號(hào)的傳遞，信號(hào)的轉(zhuǎn)換和傳遞速度快，數(shù)據(jù)傳遞速率可達(dá)到150Mbps，尺寸也可以做的很小，功耗非常低，傳播時(shí)間短，隔離電壓非常高。由于是無線進(jìn)行信號(hào)傳遞，容易造成電磁干擾。

　　二、Silicon Labs隔離產(chǎn)品分類及特點(diǎn)

　　1，Silicon Labs隔離產(chǎn)品，大致可分為三類，數(shù)字隔離，隔離門級(jí)驅(qū)動(dòng)，電流隔離傳感，如下：

?

　　2，產(chǎn)品特點(diǎn)。Silicon Labs隔離產(chǎn)品具有功耗低、速度快、傳播延遲短等優(yōu)點(diǎn)，是業(yè)界速度最快，集成度最高的隔離器。最高速度達(dá)到150Mbps，一個(gè)IC最高能集成6通道，隔離電壓可達(dá)到5KV，共模瞬態(tài)抗擾度(CMTI)高，大于25KV/uS;EMI方面，符合IEC 61000-4-8 和 IEC 61000-4-9標(biāo)準(zhǔn)。

　　3，數(shù)字隔離可供選擇的產(chǎn)品非常多，有單向、雙向及混合型的隔離產(chǎn)品，單通道和多通道的產(chǎn)品均有，如下。

?

　　4，產(chǎn)品的隔離性能很好，其參數(shù)如下。

?

　　三、Silicon Labs隔離產(chǎn)品的性能及應(yīng)用

　　1，Silicon Labs隔離產(chǎn)品能消除地線回路的問題，實(shí)現(xiàn)不同電壓的傳送，增加共模抑制比等。

?

　　A，消除地線回路應(yīng)用

?

　　B，實(shí)現(xiàn)電壓傳送應(yīng)用

?

　　C，增加共模抑制比應(yīng)用

?

　　D，使邏輯電平兼容應(yīng)用

?

　　2，Silicon Labs隔離產(chǎn)品在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

?

　　A，隔離ADC數(shù)據(jù)

?

　　特點(diǎn)是在高壓電路中傳送低壓信號(hào)，消除地線回路，抑制共模噪聲，低延時(shí)，高速度，可靠性高。

　　B，工業(yè)通訊隔離

?

　　能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線，器件總線，控制總線的隔離，能是用戶和系統(tǒng)之間進(jìn)行保護(hù)和隔離，傳輸速度快而且可靠性高。

　　3，Silicon Labs隔離產(chǎn)品Si8405等能實(shí)現(xiàn)I2C的雙向隔離，比光耦減少1/3空間，支持35mA開路輸出，外圍電路僅需要兩個(gè)電阻和電容，支持時(shí)鐘速度達(dá)1.7MHz。

　　在傳統(tǒng)的I2C通訊隔離中，需要將兩套單向的隔離器件重復(fù)使用，才能將信號(hào)雙向信號(hào)(比如Data)進(jìn)行有效的隔離。

?

　　4，Silicon Labs隔離產(chǎn)品在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用，典型的有開關(guān)電源，燈光照明，逆變器，馬達(dá)控制等等，在系統(tǒng)的應(yīng)用機(jī)會(huì)如下：

?

　　Silicon Labs的數(shù)字隔離器件，具有速度高、隔離電壓高、功耗低、可靠性高的特點(diǎn)，能很好的應(yīng)用于電子產(chǎn)品中，并且可供選擇的產(chǎn)品類型眾多。在電子系統(tǒng)的應(yīng)用中，Silicon Labs的數(shù)字隔離器件能很好地消除地線回路，增加共模抑制比，通訊數(shù)據(jù)隔離。