标签: 隔离电源

相比 MX6501T 产品， MX6505T 增加了外接振荡器来调节振荡频率的选项， 是一款低噪声推挽式变压器驱动，专为小尺寸隔离式电源设计。它采用 3.3V~5V 直流电源供电，增加了 EN 控制，当客户想低静态功耗时候可以关断改芯片， 由于 D1 和 D2 耐压 36V ， 这款新品也可以采用 12V 供电这时候，只要把 12v 采用分压电阻的方式给 VCC 提供 5V 供电就可以实现 12V 转 12V 的功能。 MX6505T 由一个振荡器和一个栅极驱动电路组成，栅极驱动电路提供互补信号驱动相应的 N-MOS 。该器件包括两个 1A 功率 MOSFET 。可以使用外部时钟调节频率。 MX6505T 的保护功能包括欠压锁定、热关断 150C 保护和死区控制电路。 MX6505T 具有 420kHz 内部振荡器，适用于需要更高效率和更小变压器尺寸的应用。 MX6505T 采用小型 SOT23-6 封装。 外部时钟频率 : VCC=5V EN=2.5V CLK=3.3V/2.648MHZ IO=400mA D1=1.323MHZ IO=0mA 时 ICC=17.1mA的波形图

在产品设计时，倘若没有考虑应用环境对电源隔离的要求，产品到了应用时就会出现因设计方案的不当导致的系统不稳定，甚至出现高压损坏后级负载的情况，以及出现危害人身财产安全的情况。因此产品设计是否需要隔离至关重要。 曾经“一消费者在手机充电时打电话触电身亡”的新闻在网上引起广泛关注。充电器也能能危害生命？专家分析手机充电器内部变压器漏电，220VAC的交流电漏电到直流端，并通过数据线传导到了手机金属壳上，最终导致触电身亡，发生无可挽回的悲剧。 那么手机充电器输出端为什么会带有220V的交流电呢？隔离电源的选型要注意哪些事项？如何区分电源是隔离与非隔离？业内通用的看法是： 1、隔离电源：电源的输入回路和输出回路之间没有直接的电气连接，输入和输出之间是绝缘的高阻态，没有电流回路，如图1所示： 图1 采用变压器的隔离电源 2、非隔离电源：输入和输出之间有直接的电流回路，例如，输入和输出之间是共地的。以隔离的反激电路和非隔离的BUCK电路为例，如图2所示。 图2 非隔离电源 01 隔离电源与非隔离电源的优缺点 由上述概念可知，对于常用的电源拓扑而言，非隔离电源主要有：Buck、Boost、Buck-Boost等；而隔离电源主要有各种带隔离变压器的反激、正激、半桥、LLC等拓扑。 结合常用的隔离与非隔离电源，我们从直观上就可得出它们的一些优缺点，两者的优缺点几乎是相反的。 使用隔离或非隔离的电源，需了解实际项目对电源的需求是怎样的，但在此之前，可了解下隔离和非隔离电源的主要差别： ① 隔离模块的可靠性高，但成本高，效率差点。 ② 非隔离模块的结构很简单，成本低，效率高，安全性能差。 因此，在如下几个场合，建议用隔离电源： ① 涉及可能触电的场合，如从电网取电，转成低压直流的场合，需用隔离的AC-DC电源； ② 串行通信总线通过RS-232、RS-485和控制器局域网(CAN)等物理网络传送数据，这些相互连接的系统每个都配备有自己的电源，而且各系统之间往往间隔较远，因此，我们通常需要隔离电源进行电气隔离来确保系统的物理安全，且通过隔离切断接地回路，来保护系统免受瞬态高电压冲击，同时减少信号失真； ③ 对外的I/O端口，为保证系统的可靠运行，也建议对I/O端口做电源隔离。 总结如下表所示，两者的优缺点几乎是相反的。 02 隔离电源与非隔离电源的选择 通过了解隔离与非隔离电源的优缺点可知，它们各有优势，对于一些常用的嵌入式供电选择，我们已可做成准确的判断： ① 系统前级的电源，为提高抗干扰性能，保证可靠性，一般用隔离电源。 ② 电路板内的IC或部分电路供电，从性价比和体积出发，优先选用非隔离的方案。 ③ 对安全有要求的场合，如需接市电的AC-DC，或医疗用的电源，为保证人身的安全，必须用隔离电源，有些场合还必须用加强隔离的电源。 ④ 对于远程工业通信的供电，为有效降低地电势差和导线耦合干扰的影响，一般用隔离电源为每个通信节点单独供电。 ⑤ 对于采用电池供电，对续航力要求严苛的场合，采用非隔离供电。 通过了解隔离与非隔离电源的优缺点可知，它们各有优势，对于一些常用的嵌入式供电设计，我们可总结出其选择的场合。 1、隔离电源 系统前级的电源，为提高抗干扰性能，保证可靠性，一般用隔离电源； 对安全有要求的场合，如需接市电的AC-DC，或医疗用的电源和白色家电，为保证人身的安全，必须用隔离电源，如MPS的MP020，为原边反馈隔离型AC-DC，适合于1~10W应用 ； 对于远程工业通信的供电，为有效降低地电势差和导线耦合干扰的影响，一般用隔离电源为每个通信节点单独供电。 2、非隔离电源 电路板内的IC或部分电路供电，从性价比和体积出发，优先选用非隔离的方案；如MPS的MP150/157/MP174系列buck型非隔离AC-DC，适合于1~5W应用； 对于工作电压低于36V，采用电池供电，对续航力要求严苛的场合，优先采用非隔离供电，如MPS的MP2451/MPQ2451。 隔离电源与非隔离电源优缺点： 通过了解隔离与非隔离电源的优缺点可知，它们各有优势，对于一些常用的嵌入式供电选择，我们可遵循以下判断条件： 对安全有要求的场合，如需接市电的AC-DC，或医疗用的电源，为保证人身的安全，必须用隔离电源，有些场合还必须用加强隔离的电源。 一般场合使用对模块电源隔离电压要求不是很高，但是更高的隔离电压可以保证模块电源具有更小的漏电流，更高的安全性和可靠性，并且EMC特性也更好一些，因此目前业界普遍的隔离电压水平为1500VDC以上。 03 隔离电源模块选型的注意事项 电源的隔离耐压在GB-4943国标中又叫抗电强度，这个GB-4943标准就是我们常说的信息类设备的安全标准，就是为了防止人员受到物理和电气伤害的国家标准，其中包括避免人受到电击伤害、物理伤害、爆炸等伤害。如下图为隔离电源结构图。 隔离电源结构图 作为模块电源的重要指标，标准中也规定了隔离耐压相关测试方法，简单的测试时一般采用等电位连接测试，连接示意图如下： 隔离耐压测试示意图 测试方法： 将耐压计的电压设为规定的耐压值，电流设为规定的漏电流值，时间设为规定的测试时间值；操作耐压计开始测试，开始加压，在规定的测试时间内，模块应无击穿，无飞弧现象。 注意在测试时焊接电源模块要选取合适的温度，避免反复焊接，损坏电源模块。 除此之外还要注意： 1、要注意是AC-DC还是DC-DC。 2、隔离电源模块的隔离耐压。例如隔离1000V DC 是否满足绝缘要求。 3、隔离电源模块是否有进行全面的可靠性测试。电源模块要经过性能测试、容差测试、瞬态条件测试、可靠性测试、EMC电磁兼容测试、高低温测试、极限测试、寿命测试、安规测试等。 4、隔离电源模块的生产工厂产线是否规范。电源模块生产线需要通过ISO9001, ISO14001，OHSAS18001等多项国际认证，如下图3所示。 ISO认证 5、隔离电源模块是否有应用在工业、汽车等恶劣环境。电源模块不仅仅大量应用与恶劣的工业环境，同时在新能源汽车的BMS管理系统中也游刃有余。 04 关于隔离电源与非隔离电源的感悟 首先阐述一个误区：很多人认为非隔离电源不如隔离电源好，因为隔离电源贵，所以肯定贵的就好。 为什么现在大家的印象当中用隔离电源比用非隔离的要好，其实不然，这种想法都是停留在几年前的想法当中。因为前几年非隔离的稳定性确实没有隔离稳定，但随着研发技术的更新，现如今非隔离已经非常成熟，日渐稳定。 说到安全性，其实现在非隔离电源也是很安全的，只要在结构稍微做下改动，对人体还是很安全的，同样的道理，非隔离电源也是可以过很多安规标准，例如:ULTUVSAACE等。 实际上非隔离电源损坏的根源就是电源AC线两端的浪涌电压所致，也可以这么说，雷击浪涌吧，这种电压是加在电压AC线两端的瞬间高压，有时高达三千伏，但时间很短，能量却极强，在打雷时会发生，或是在同一条AC线上，当一个大的负载断开瞬间，因为电流惯性的原因也会发生，这个电压进入电源，对于非隔离BUCK电路，会瞬间传达到输出，击坏恒流检测环，或是进一步击坏芯片，造成300v直通，而烧掉整条灯管。 对于隔离反激电源，会击坏MOS，现象就是保管，芯片，MOS管全烧坏。现在LED驱动电源，在使用过程中坏的，80%以上都是这两种类似现象。而且，小型开关电源，就算是电源适配器，也经常损坏的是这个现象，均是浪涌电压所致，而在LED电源里，表现的更加普遍，这是因为LED的负载特性是特别的怕浪涌电压的。 如果按照一般的理论来讲，电子电路里，元器件越少，可靠性越高，相应越多的元件的电路板可靠性则越低。实际上非隔离电路的元件是比隔离电路要少的，为什么隔离电路可靠性高。 其实说白了，不是什么可靠性，而是非隔离电路对于浪涌太敏感，抑制能力差，隔离电路，因为能量是先进入变压器，然后从变压器再输送到LED负载的。BUCK电路是输入电源一部分直接加在了LED负载上，故前者对浪涌抑制和衰减能力强，所以浪涌来时损坏的机率小而已。 实际上，不隔离电源的问题主要是在于浪涌问题，目前这个问题，因为只有LED灯具在大批量应用时，从概率上才能看出其解决的程度，所以很多人没有提出好的防治办法，更多的人则是不知道浪涌电压为何物，很多人。LED灯具坏了，也找不到原因，最后只能一句，什么此电源不稳定就了结了，具体哪里不稳定，他不知道。 非隔离电源一是效率，二是成本上比较有优势。 非隔离电源适合的场合：首先，是室内的灯具，这种室内用电环境较好，浪涌影响小。第二，使用的场合是高压小电流，低压大电流用非隔离没有意义，因为低压大电流非隔离的效率并不比隔离的高，成本也低不到多少去。三，电压相对较稳定的环境中使用非隔离电源。当然，如果有办法解决掉抑制浪涌的问题，那么非隔离电源的应用范围将大大拓宽！ 隔离电源因为浪涌的问题，损坏率也不可小觑，一般那种返修回来，击坏保险，芯片，MOS的第一个应该想到是浪涌问题。为了减少损坏率，在设计时就行要考虑到浪涌的因素进去，或是在使用时要告戒用户，尽量避免浪涌发生。（如室内灯具，打雷时暂时先关掉） 综合所述，使用隔离与非隔离很多时候都是因为浪涌这个问题，而浪涌问题和用电环境是息息相关的，所以很多时候使用隔离电源和非隔离电源不能一刀切，非隔离电源在节能，成本上都是很有优势的，所以要科学的选用非隔离还是隔离作为LED驱动电源。 05 总结 本文介绍了隔离电源和非隔离电源的区别，以及各自的优缺点、适应场合，以及隔离电源的选型注意事项，希望工程师在产品设计时能以此为参考，正确应用电源在产品的研发中，以及在产品出现故障后，快速定位问题所在。 关注公众号“优特美尔商城”，获取更多电子元器件知识、电路讲解、型号资料、电子资讯，欢迎留言讨论。

隔离电源在轨道交通设备中的EMC设计 随着铁路行业的不断发展，为了提高车载运行的可靠性和提高乘客的舒适性，大量的电子设备被应用于轨道交通中。根据《车载电子设备标准》EN 50155-2007标准要求，车载设备除需满足基本性能、可靠性指标之外，同时还需满足相应的电磁兼容指标要求。本文结合车载设备电磁兼容标准EN 50121-3-2标准，简单阐述设备的电磁兼容指标，通过案例应用分析，总结轨道交通设备电磁兼容设计方法。 1.引言 轨道交通设备的电磁兼容是指在轨道交通运营的电 磁环 境中，轨道交通系统设备与设备之间、设备与外界之间，能够正常工作、对其它设备不构成电磁干扰，在同一个电磁环境下共同执行各自功能的状态。 轨道交通是一种安全运输设备，对设备的可靠性、设备与设备之间的兼容性要求非常高。在恶劣的车内与车外电磁环境当中，如果设备受到干扰而造成误动作、或者损坏则会对设备的安全运行造成非常严重的后果，甚至会导致严重的安全事故，因此，电磁兼容是轨道交通设备必须解决的问题。 2.轨道交通设备电磁兼容要求 根据EN50155-2007标准中的电磁兼容部分，轨交设备必须满足EN50121-3-2标准中相关的电磁兼容指标要求，详细如下： 3.隔离电源在机车走行部监测装置主机中的应用 为保证设备的可靠性，此类设备的主电源会使用隔离模块电源实现，以下为整个系统的电源应用框图，如图1所示： 图 1 机车走行部监测装置主机电源方案框图 如图1所示为机车走行部车载监测装置主机电源应用方案框图，整个系统接入110VDC直流电网。根据EN50155标准要求，110V供电系统需满足0.6UN-1.4UN电压范围，因此主电源需选择一个宽输入电压范围的隔离模块电源。同时整个设备电源整体功率低于30W，考虑到降额问题，推荐URF1D15QB-50WH——输入电压范围满足40-160VDC，且满足EN50155标准，为实现产品可靠性提供第一道保护。 为满足轨道交通电磁兼容标准EN 50121-3-2要求，前端可配置铁路电源专用 滤波器 ，推荐FC-CX3D； 为进一步提供系统可靠性，主控制电路经过二次隔离，使用VRB1205YMD-10WR3用于 MCU 、显示屏及操作按键等供电； 同时，此设备需要将相关数据传输到司机显示平台，以判断设备工作状况及数据信息，推荐适合长距离传输的485通信。为增加传输可靠性，推荐使用自带隔离电源的485 隔离收发模块 TD521D485H。 整体电源方案在满足功能需求及安全隔离，同时又便于整体系统简化设计和稳定可靠。 4.轨道交通设备电磁兼容设计方法 4.1 防护滤波 为使轨道交通设备安全可靠工作，通常主电源会选取国际标准封装的隔离电源进行模块化设计。纵观市场上的轨道交通设备隔离电源，特别是大功率的DC/DC隔离电源。由于受制于体积原因，无法将EMC防护滤波器件集成于模块内部，而轨交设备必须满足相应的电磁兼容标准要求，因此电源厂商会开发配套的滤波器或者提供相应的EMC解决方案供客户端设计选择。所以在设计输入电源滤波时，尽可能按照电源厂商提供的滤波器或EMC解决方案进行设计。 如图1中的EMC防护滤波即使用 金升阳 铁路电源配套EMC辅助器FC-CX3D进行设计的，同时客户也可以根据自身需求，选择分立器件进行设计。 金升阳电源URF1D15QB-50WH、VRB1205YMD-10WR3针对输入端的EMI滤波、EMS防护均有配套的EMC解决方案供客户设计参考。 选择输入电源滤波方案仅仅是设计的开始，如何对方案进行合理的布局布线，达到最优的效果才是最重要也是最难的。针对输入电源滤波电路布局布线，总结以下三点建议： （1）DC/DC防护器件放置于 接口 位置，遵循“防护+输入滤波+隔离电源+输出滤波”的原则。 （2）布局时尽量遵循走直线的方式，避免“U”字型或“Z”字型布局走线，以免降低防护滤波的效果或失效。 （3）防护滤波电路（输入滤波与输出滤波）在布局走线时，以走PCB导线的方式设计，禁止在下方作铺铜设计；隔离 电源模块 下方不要布电路及信号线。 4.2 信号处理 如图1所示，存在很多 传感器 装置，实现对机车运行状态进行采集。通过AD模数处理后反馈给MCU，然后通过数据传输至司机室或主控制室，以判定机车运行的安全状态。此种功能就决定了此设备必须满足高性能的电磁兼容性能。信号是设备最敏感的电路之一，极容易受到ESD、RS、EFT、 SURGE 、CS的影响，为尽可能降低信号对噪声的敏感度，以下两方面需重点考虑： （1）信号电路设计： 针对敏感信号，如传感器、采集处理电路、小信号控制电路、通信电路、复位电路、报警电路、液晶显示电路等敏感电路，在设计时均要做一定的滤波处理。 可采取电容滤波、RC滤波、LC滤波，滤波电路在布局时要靠近电路端口且环路保持最小化； 信号接口电路端口一定要放置防护滤波器件且靠端口放置。 （2）信号PCB设计： 信号部分，PCB尽可能使用多层板并合理分层，如4层板及以上； 信号线在布局时远离噪声电路，如数字电路、开关电路、时钟电路等；信号线在走线时，不要靠近板边缘且走线尽可能短。 4.3 结构设计 轨道交通设备的外壳一般都是金属壳。金属壳接地对静电有很好的泄放作用，同时对RE、RS有很好的屏蔽作用。但是如果机壳的结构没有设计好，不仅起不到应有的作用，有时会引起反作用。 针对金属机壳的设计，有以下几点需重点关注： （1）接地：金属机壳接地推荐采用单点接地，即输入滤波器的地就近接至金属机壳，然后在金属壳接地处设计安全接地点；为保证良好接地，应大面积接地，可使用垫片处理，接地区域不应有氧化漆；预留在设备内部的接地线长度尽可能短，一般不应超过5cm。 （2）外形设计：设备的外壳一般不是一个完整的封闭外壳，是通过几部分组合而成的，这就导致屏蔽效能变差、阻抗变高，对辐射、静电均有影响。为尽可能提升金属机壳的作用，在组合设计时，接合处应采取错位对接且每隔10cm左右用螺丝固定；孔、洞设计时，尽量采取圆形孔或六边形孔，孔径不应超过系统最高工作频率的λ/20。 4.4 隔离电源“非隔离”应用 进行系统设计时，常有将隔离电源之后的电源地或信号地以直接或间接的方式与安全地相连接的情况，认为此设计能有效的改善静电泄放路径，如果不连接则静电无处泄放。实则不然。相连接时确实人为地提供一条静电泄放路径，但是不连接也并非没有路径了。 隔离电源在设计时为了改善纹波噪声或EMI性能时，通常会在电源的原边与副边使用高压隔离电容，一般为1nF--3nF左右。有此路径后，后端的静电可以形成自泄放路径。只要保证隔离电源之后的信号与金属机壳满足共模浪涌电压等级的安全距离及接口信号增加静电防护滤波电路之后，静电一般都不会有问题。将隔离之后的电源地或信号地直接连接于安全地之后，进行共模浪涌测试时反而往往会出现损坏、拉弧或复位的情况，将此路径断开后，共模浪涌就不存在问题。 如图2所示，此种隔离电源应用是电源厂家不提倡或禁止的设计。主要原因是进行共模浪涌测试时（如Vin+对PE、Vin-对PE），就相当于在输入与输出之间进行隔离耐压试验。 平时的隔离耐压测试漏电流都是预先设置好的，非常小，就算隔离强度达不到要求也不至于损坏产品。，而共模浪涌电压的能量是非常高的，浪涌电流达到167A（以2KV浪涌作参考）。如果隔离电源的隔离强度达不到要求，击穿瞬间将有大能量进入电源内部或后端负载，系统损坏、拉弧、复位也是常有的现象，同时隔离电源也容易失效。 如果后端信号一定要接PE，则如图3是推荐的设计方法，可通过高压电容进行连接，同时此电容的容值尽量在1nF左右。 5.总结 轨道交通是一种安全运输工具，内部各设备的可靠性、兼容性对运输的安全有着非常重要的影响。随着轨道交通的高速化发展，标准化、模块化设计已经成为当下的 趋势 ，首当其冲的就是电源模块化。当前国际标准封装的铁路隔离电源受制于体积封装的原因，无法将所有EMC电路集成化，然而针对不同的应用需求，金升阳开发出了一系列满足铁路行业标准EN50155的模块化电源，同时提供完善的EMC配套服务与技术支持，为轨道交通设备保驾护航。 参考文献： 1、EN50121-3-2:《Railway applications —Electromagnetic compatibility —Part 3-2: R

比对隔离电源与非隔离电源 在给嵌入式系统设计电源电路，或选用成品电源模块时，要考虑的重要问题之一就是用隔离还是非隔离的电源方案。在进行讨论之前，我们先了解下隔离与非隔离的概念，及两者的主要特点。 在给嵌入式系统设计电源电路，或选用成品 电源模块 时，要考虑的重要问题之一就是用隔离还是非隔离的电源方案。在进行讨论之前，我们先了解下隔离与非隔离的概念，及两者的主要特点。 一、电源隔离与非隔离的概念 电源的隔离与非隔离，主要是针对开关电源而言，业内比较通用的看法是： 1、隔离电源：电源的输入回路和输出回路之间没有直接的电气连接，输入和输出之间是绝缘的高阻态，没有电流回路。 2、非隔离电源：输入和输出之间有直接的电流回路，例如，输入和输出之间是共地的。 隔离电源示意图如图所示。 二、隔离电源与非隔离电源的优缺点 由上述概念可知，对于常用的电源拓扑而言，非隔离电源主要有：Buck、Boost、Buck-Boost等;而隔离电源主要有各种带隔离 变压器 的反激、正激、半桥、LLC等拓扑。 结合常用的隔离与非隔离电源，我们从直观上就可得出它们的一些优缺点，两者的优缺点几乎是相反的。 使用隔离或非隔离的电源，需了解实际项目对电源的需求是怎样的，但在此之前，可了解下隔离和非隔离电源的主要差别： 1、隔离模块的可靠性高，但成本高，效率差点。 2、非隔离模块的结构很简单，成本低，效率高，安全性能差。 因此，在如下几个场合，建议用隔离电源： 1、涉及可能触电的场合，如从电网取电，转成低压直流的场合，需用隔离的AC- DC 电源； 2、串行通信总线通过RS-232、RS-485和控制器局域网(CAN)等物理网络传送数据，这些相互连接的系统每个都配备有自己的电源，而且各系统之间往往间隔较远，因此，我们通常需要隔离电源进行电气隔离来确保系统的物理安全，且通过隔离切断接地回路，来保护系统免受瞬态高电压冲击，同时减少信号失真； 3、对外的I/O端口，为保证系统的可靠运行，也建议对I/O端口做电源隔离。 三、隔离与非隔离电源的应用场合 通过了解隔离与非隔离电源的优缺点可知，它们各有优势，对于一些常用的嵌入式供电选择，我们已可做成准确的判断： 1、 系统前级的电源，为提高抗干扰性能，保证可靠性，一般用隔离电源。 2、 电路板内的IC或部分电路供电，从性价比和体积出发，优先选用非隔离的方案。 3、 对安全有要求的场合，如需接市电的AC-DC，或医疗用的电源，为保证人身的安全，必须用隔离电源，有些场合还必须用加强隔离的电源。 4、 对于远程工业通信的供电，为有效降低地电势差和导线耦合干扰的影响，一般用隔离电源为每个通信节点单独供电。 5、 对于采用 电池 供电，对续航力要求严苛的场合，采用非隔离供电。 四、抗电强度 电源的隔离耐压在GB-4943国标中又叫抗电强度，这个GB-4943标准就是我们常说的信息类设备的安全标准，就是为了防止人员受到物理和电气伤害的国家标准，其中包括避免人受到电击伤害、物理伤害、爆炸等伤害。如下图为隔离电源结构图。 隔离电源结构图 作为模块电源的重要指标，标准中也规定了隔离耐压相关测试方法，简单的测试时一般采用等电位连接测试，连接示意图如下： 隔离耐压测试示意图 测试方法： 将耐压计的电压设为规定的耐压值，电流设为规定的漏电流值，时间设为规定的测试时间值； 操作耐压计开始测试，开始加压，在规定的测试时间内，模块应无击穿，无飞弧现象。 注意在测试时焊接电源模块要选取合适的温度，避免反复焊接，损坏电源模块。 五、那么隔离电源与非隔离电源比较有什么的优缺点呢? 隔离电源与非隔离电源优缺点 通过了解隔离与非隔离电源的优缺点可知，它们各有优势，对于一些常用的嵌入式供电选择，我们可遵循以下判断条件： 对安全有要求的场合，如需接市电的AC-DC，或医疗用的电源，为保证人身的安全，必须用隔离电源，有些场合还必须用加强隔离的电源。买电子元器件现货上唯样商城 一般场合使用对模块电源隔离电压要求不是很高，但是更高的隔离电压可以保证模块电源具有更小的漏电流，更高的安全性和可靠性，并且EMC特性也更好一些，因此目前业界普遍的隔离电压水平为1500VDC以上。

简化隔离式软件可配置I/O通道设计的高集成度、系统级方法 本文介绍一种软件可配置输入/输出(I/O)器件及其专用隔离电源和数据解决方案，该解决方案有助于应对系统级工业应用的设计挑战。本文阐述了在设计单个IC时从系统级角度进行思考的优势，并重点讨论了建议解决方案的功耗优化功能。 简介 为过程控制、工厂自动化、楼宇控制系统等 工业应用 设计系统级隔离式I/O解决方案时，有许多方面需要考虑，其中包括功耗、数据隔离和外形尺寸。图1显示了系统解决方案，其在隔离式单通道软件可配置I/O解决方案中使用 AD74115H 和A DP 1034 ，解决了电源、隔离和面积挑战。通过将ADP1034的电源和数据隔离功能与AD74115H的软件可配置能力相结合，可以仅使用两个IC和非常少的外部电路来设计一个隔离式单通道I/O系统。 系统级解决方案 ADP1034是一款高性能隔离式 电源管理 单元，包含一个隔离反激式稳压器、一个反相降压升压调节器和一个降压调节器，提供三个隔离式电源轨并集成了七个低功耗数字 隔离器 。ADP1034还具有可编程功率控制( PPC )功能，可通过单线 接口 按需调整V OUT1 上的电压。V OUT1 为AD74115H AV DD 电源轨提供6 V至28 V的电压。V OUT2 为AD74115H电源轨AV CC 和DV CC 提供5 V电压。如需要，它还能为外部基准电压源提供电源电压。V OUT3 为AD74115H AV SS 电源轨提供-5 V至-24 V的电压。 功耗和优化 设计通道间隔离模块时，主要的权衡通常是在功耗和通道密度之间。随着模块尺寸缩小，通道密度增加，每个通道的功耗必须降低，以满足模块的最大功耗预算要求。在这种情况下，模块是指ADP1034和AD74115H，当它们共同使用时，可提供隔离电源、数据隔离和软件可配置I/O功能。 AD74115H和ADP1034之所以成为出色的低功耗解决方案，原因在于集成PPC功能的引入。PPC使用户能够按照需求调整V OUT1 电压（AD74115H AV DD 电源电压）。这种方法可以大大降低模块在低负载条件下的功耗，特别是在电流输出模式下。 使用PPC功能时，系统中的主机控制器通过SPI向AD74115H发送所需的电压代码，该代码随后通过单线串行接口(OWSI)传递至ADP1034。OWSI实现了CRC校验功能，非常稳健，可抵抗恶劣工业环境中可能存在的EMC干扰。 查看功耗计算示例可知，如果AV DD = 24 V且负载为250 Ω，则对于20 mA的电流输出，模块总功耗为748 mW。当使用PPC将AV DD 电压降至8.6 V（负载电压 + 裕量）时，模块功耗约为348 mW。这表明模块内节省了400 mW的功耗。 功耗计算示例 示例1和示例2选择了电流输出用例，驱动20 mA输出。负载为250 Ω，使能A DC ，以每秒20个样本转换默认测量配置。 图1.ADP1034和AD74115H电路图 示例1（无PPC）： AD74115H输出功率 = (AV DD = 24 V) × 20 mA = 480 mW AD74115H输入功率 = AD74115H QUIESCE NT (206 mW) + ADC功耗 (30 mW) + 480 mW = 716 mW 模块输入功率 = 716 mW + ADP1034功耗 (132 mW) = 848 mW 负载功耗 = 20 mA 2 × 250 Ω = 100 mW 模块总功耗 =（模块输入功率 - 负载功耗）= 748 mW 在示例2中可以看到，当使能PPC功能以将AV DD 降低到所需电压(20 mA × 250 Ω) + 3.6 V裕量 = 8.6 V时，模块的功耗降至348 mW。 示例2（使能PPC）： AD74115H输出功率 = (AV DD = 8.6 V) × 20 mA = 172 mW AD74115H输入功率 = AD74115H QUIESCENT (136 mW) + ADC Power (30 mW) + 172 mW = 338 mW 模块输入功率 = 338 mW + ADP1034 Power (100 mW) = 448 mW 负载功耗 = 20 mA 2 × 250 Ω = 100 mW 模块总功耗 =（模块输入功率 - 负载功耗）= 348 mW 图2显示了AD74115H应用板上在25°C时的实测功耗。测量结果表明，功耗略低于计算的功耗。此结果会因器件而略有不同。 图2.测量数据：驱动20 mA到250 Ω负载，AV DD = 24 V，AV DD = 8.6 V（使用PPC） 图3显示了使用PPC的模块（ADP1034和AD74115）功耗（针对每个负载 电阻 值设置优化的AV DD ）与不同负载电阻值的关系。两个不同的电压被施加于ADP1034的VINP（15 V和24 V），以显示ADP1034的效率。测量是在25°C下进行。 图3.20 mA输出时功耗与R LOAD 的关系 图4显示了不同温度下使用PPC的功耗（针对每个负载电阻值设置优化的AV DD ）与不同负载电阻值的关系。 图4.功耗与温度的关系 表1.使用PPC的AD74115H典型用例功耗 数字输出用例 在工业应用中，数字输出被认为是最耗电的使用场景。AD74115H支持内部和外部拉电流与灌电流数字输出。ADP1034可为内部数字输出功能提供足够的功率，支持最高100 mA的连续拉电流或灌电流。在这种情况下，数字输出电路电源DO_V DD 直接连接到AV DD 。对于100 mA以上的电流，必须使用外部数字输出功能，这需要将额外的电源连接到DO_V DD 。买电子元器件现货上唯样商城 内部数字输出用例超时 为了支持在初始上电时对容性负载充电，可以在使用内部数字输出用例的同时，使能更高的短路限流值(~280 mA)，使能的时间T1可编程。经过T1时间后，部署第二短路限流值(~140 mA)。这是一个较低的限流值，在可编程的持续时间T2内有效。在这些短路情况下，系统需要更多电流，因此必须注意确保ADP1034 V OUT1 电压不会骤降。为确保无骤降，如果需要24 V DO_V DD ，建议将24 V电压作为ADP1034的系统电源电压。这是24 V继电器的典型电压需求。对于12 V继电器，建议使用至少18 V的系统电源电压(ADP1034 V INP )，以确保可以为负载提供足够的电流。 图5和图6显示了DO_V DD 与T1和T2短路限值的关系，证明了使用ADP1034提供大电流的稳定性。 图5.系统电源 = 24 V，DO_V DD 电压 = 24 V 图6.系统电源 = 24 V，DO_V DD 电压 = 12 V 数据隔离和解决方案尺寸 ADP1034采用ADI公司的iCoupler®专利技术，在7 mm × 9 mm封装中集成了三个隔离电源轨，包括SPI数据和三个GPIO隔离通道。这种高集成度将所有通道隔离要求整合到PCB上的一个小区域中，有助于解决PCB面积挑战，而且实现了省电。当通道不使用时，ADP1034的控制器端将其他SPI隔离器通道置于低功耗状态。这意味着通道仅在需要时才处于活动状态。三个隔离GPIO通道用于隔离AD74115H的RESET、ALERT和ADC_RDY引脚，从而满足AD74115H的所有隔离要求，而无需增加额外的隔离器IC成本。 结语 设计一种低功耗、小尺寸的通道间隔离I/O解决方案，哪怕是对于业内一些经验十分丰富的设计人员而言，也可能是一项挑战。ADP1034和AD74115H系统级解决方案通过高集成度和系统级设计方法化解了该挑战。由单个IC从单个系统电源提供三个隔离电源轨，并提供集成数据隔离，这使得BOM成本大幅降低。再加上AD74115H的灵活性，该系统设计将能满足大多数I/O工业应用的要求。 来源：ADI 作者：Valerie Hamilton