Главная
Новости
Гальванические развязки компании Analog Devices

Гальванические развязки компании Analog Devices

07.10.2019

Рис. 1. Гальваническая развязка iCoupler

Гальванические развязки (ГР) компании Analog Devices (AD) базируются на фирменной технологии трансформаторной развязки iCoupler, устройство которой схематично показано на рисунке 1. Две обмотки трансформатора разделены полимидным изолятором толщиной 20–32 мкм. Технология обеспечивает электрическую прочность изоляции 5 кВ (СКЗ), что вкупе с 8-мм путями токов утечек и воздушными зазорами соответствует самым строгим требованиям защиты согласно стандарту безопасности на медицинские электрические изделия.

Отличительными чертами ГР AD, базирующихся на этой технологии, являются продолжительный срок службы – более 50 лет при рабочем напряжении изоляции V_IORM = 400 В и всплесках напряжения до 12 кВ, а также отличные динамические свойства: частота импульсов через ГР превышает 1 ГГц. Трансформаторная развязка iCoupler обеспечивает высокую устойчивость к изменению синфазного напряжения (CMTI). В драйверах затвора эта величина превышает 150 кВ/мкс, что предотвращает ложные срабатывания в высоковольтных силовых каскадах.

Для передачи сигнала через трансформаторную развязку необходимо его модулировать. Модуляция осуществляется одним из двух способов. Первый из них – традиционное модулирование уровня сигнала. Второй способ не столь обычен: модулируется фронт сигнала, нисходящий фронт модулируется двумя импульсами, а восходящий – одним. Второй способ позволяет значительно уменьшить энергопотребление (см. рис. 2).

Компания AD использует ГР в ряде своих изделий. В общей сложности она производит более 200 компонентов с ГР по технологии iCoupler. К ним относятся:

• АЦП;

• изолированные усилители;

• изолированные интерфейсы CAN, I2C, LVDS, RS-232, RS-485, SPI, USB, многопротокольные;

• стандартные цифровые изоляторы, не предназначенные для конкретных применений;

• драйверы затворов.

Рис. 2. Схема модуляции

В качестве примера приведем несколько изделий компании. На рисунке 3 показана структурная схема нового 16-бит сигма-дельта АЦП ADuM7703. Заметим, что через ГР передаются не только данные, но и тактовая последовательность.

Приведем некоторые основные параметры АЦП:

• напряжение питания V_DD1: 4,5–20 В;

• напряжение питания V_DD2: 3–5,5 В;

• входное дифференциальное напряжение полной шкалы: ±320 мВ;

• частота тактирования: 5–21 МГц;

• CMTI: не менее 150 кВ/мкс;

• электрическая прочность изоляции: 5700 В (СКЗ);

• V_IORM (пик.): 1270 В;

• диапазон рабочей температуры: –40…125°С;

• корпус: RI-16 или RW-8.

Рис. 3. Структурная схема 16-бит сигма-дельта АЦП ADuM7703

Среди изолированных усилителей стоит обратить внимание на высокостабильный усилитель ADuM4190. Благодаря хорошим динамическим свойствам ГР у него широкая полоса пропускания. Его можно использовать для формирования сигналов обратной связи в силовых каскадах. Пример подобного применения показан на рисунке 4 с усилителем ADuM4190 в цепи обратной связи по напряжению. Заметим, что усилитель совместим с компенсационными цепочками типа 2 и 3. Перечислим наиболее важные, на наш взгляд, параметры ADuM4190:

• напряжение питания V_DD1 первичной стороны: 3–20 В;

• напряжение питания V_DD2 вторичной стороны: 3–20 В;

• полоса пропускания по уровню –3 дБ: 400 кГц;

• полоса единичного усиления: 10 МГц;

• усиление с разомкнутой обратной связью: 80 дБ;

• ошибка усиления: 0,5%;

• КОСС: 72 дБ;

• напряжение смещения: 2,5 мВ;

• электрическая прочность изоляции: 5 кВ (СКЗ);

• V_IORM: 849 В;

• диапазон рабочей температуры: –40…125°С;

• корпус: RI-16.

Рис. 4. Использование усилителя ADuM4190 в цепи обратной связи по напряжению

Производственная линейка интерфейсных микросхем компании, а также многоканальных стандартных цифровых изоляторов, не предназначенных для конкретных интерфейсов, весьма обширна. В зависимости от типа интерфейсов скорость передачи данных изолированными интерфейсными микросхемами варьируется в широких пределах, начиная с 100 Кбит/с для RS-232 и заканчивая 1,1 Гбит/с в LVDS. Поскольку рассмотреть микросхемы для каждого интерфейса в рамках одной статьи не представляется возможным, мы кратко остановимся на одной из последних новинок компании – микросхемах семейства ADN4654/4655/4656. Структурная схема ADN4654 приведена на рисунке 5.

Микросхемы ADN4655/4656 различаются лишь направлением передачи данных – они передаются в разных направлениях одновременно, а не в одном направлении, как в ADN4654. Заметим, что в силу специфики интерфейсных микросхем для них не требуется высокая величина CMTI или КОСС, но значительно важнее временные характеристики. Особенно важны их различия между микросхемами разных партий и рассогласование между каналами для многоканальных микросхем. Основные параметры ADN4654/4655/4656:

• напряжение питания V_DD1 первичной стороны: 2,5 или 3,3 В;

• напряжение питания V_DD2 вторичной стороны: 2,5 или 3,3 В;

• скорость передачи данных (макс.): 1,1 Гбит/с;

• ослабление пульсаций напряжения питания: 75 дБ;

• задержка распространения сигнала: 4 нс;

• рассогласование задержки распространения сигнала между каналами: 150 пс;

• рассогласование задержки распространения сигнала между микросхемами разных партий: не более 500 пс;

• время нарастания/спада: не более 350 пс;

• джиттер (пик–пик): 90 пс;

• CMTI: не менее 150 кВ/мкс;

• электрическая прочность изоляции: 5 кВ (СКЗ);

• V_IORM: 849 В;

• диапазон рабочей температуры: –40…125°С;

• корпус: RS-20 или RW-20.

Рис. 5. Структурная схема ADN4654

В драйверах затвора, пожалуй, наилучшим образом проявляются все достоинства ГР AD технологии iCoupler. Отличные динамические свойства и устойчивость к изменению синфазного напряжения. Компания выпускает 1- и 2-канальные драйверы затвора. Скажем несколько слов о недавней новинке – изолированном одноканальном драйвере IGBT/MOSFET ADuM4122. Схема его включения приведена на рисунке 6. Включением и выключением ключа управляют отдельные выходные каскады. Предусмотрена возможность управления скоростью нарастания выходного импульса.

Основные параметры драйвера:

• напряжение питания V_DD1 первичной стороны: 3,3–6,5 В;

• напряжение питания V_DD2 вторичной стороны: 4,5–35 В;

• выходной ток: 2 А;

• выходной ток (пик.): 3 А;

• ширина выходного импульса (мин.): 50 нс;

• искажение ширины импульсы: 8 нс;

• время нарастания: 22 нс;

• время спада: 30 нс;

• задержка распространения сигнала: 48 нс;

• электрическая прочность изоляции: 5 кВ (СКЗ);

• V_IORM: 849 В;

• диапазон рабочей температуры: –40…125°С;

• корпус: SOIC8.

Рис. 6. Схема включения драйвера ADuM4122

После поглощения компании Linear Technology в производственной линейке Analog Devices появились ГР технологии μModule. Эти ГР также используют разделительный трансформатор для передачи данных, но позволяют увеличить электрическую прочность изоляции до 7,5 кВ. Они содержат встроенный драйвер для управления вешним трансформатором, с помощью которого можно организовать питание вторичной стороны. Отдельный вывод питания входных каскадов сигналов управления позволяет работать с разными логическими уровнями. Структурная схема микросхемы μModule 6-канальной ГР LTM2810 приведена на рисунке 7.

Основные параметры LTM2810:

• напряжение питания VСС первичной стороны: 3,3–5,5 В;

• напряжение питания VL: 1,62–5,5 В;

• скорость передачи данных (макс.): 10 Мбит/с;

• задержка распространения сигнала: 45 нс;

• рабочая частота драйвера внешнего трансформатора: 2 МГц;

• CMTI: не менее 50 кВ/мкс;

• электрическая прочность изоляции: 7,5 кВ (СКЗ);

• диапазон рабочей температуры: –40…125°С;

• размер корпуса: 22×6,25×2,06 мм.

Рис. 7. Структурная схема 6-канальной ГР LTM2810