标签: 数字隔离

介绍 一个多世纪以来，化石燃料发电设施一直被证明是坚固可靠的能源，但这些久经考验的电力设施规模大、复杂，而且建造成本越来越高。以最小的碳足迹和环境影响清洁地操作它们也具有挑战性和成本高昂。相比之下，现代光伏（ PV）电力系统为化石燃料发电厂提供了一种可持续的替代方案，与集中式发电设施相比，它提供了更低的长期运营成本、模块化的可扩展性、更高的效率和显著更低的碳足迹。 光伏电力系统由多个组件组成，如将太阳光转换为电力组件的光伏板、机械和电气连接和安装，以及太阳能逆变器，这对向电网输送太阳能发电至关重要 。 什么是光伏太阳能逆变器？ 光伏板将阳光转换为直流电压，直流电压必须转换为高压交流，以减少线路损耗，使更长的电力传输距离。光伏太阳能逆变器执行这种直流 -toac转换，是任何光伏发电系统中最关键的组件。然而，这只是光伏逆变器提供的一个关键功能。 光伏逆变器还提供了电网断开能力，以防止光伏系统为断开的公用事业供电；也就是说，在电网断开或通过不可靠的连接提供电力时，一个逆变器会导致光伏系统反馈本地公用事业变压器，在电线杆上产生数千伏特，危及公用事业工人。安全标准规范 IEEE 1547和UL 1741规定，当交流线路电压或频率不在规定的范围内时，所有并网连接的逆变器必须断开，如果电网不再存在，则必须关闭。在重新连接时，逆变器不能提供电力，直到逆变器检测到额定公用电压和频率超过5分钟的周期。但是，这并不是逆变器职责的终结。 该逆变器还可以补偿影响功率输出的环境条件。例如，光伏面板的输出电压和电流非常容易受到每个单元单位面积的温度和光强度变化的影响（称为 “辐照度”）。电池输出电压与电池温度成反比，电池电流与辐照度成正比。 这些和其他关键参数的广泛变化导致最佳的逆变器电压 /电流运行点显著移动。逆变器通过使用闭环控制来维持所谓的最大功率点（MPP）来解决这个问题，其中电压和电流的乘积在其最高值。除了这些任务，逆变器还支持手动和自动输入/输出断开的服务操作、EMI/RFI传导和辐射抑制、接地故障中断、PC兼容的通信接口等。封装在一个坚固的包装中，该逆变器能够保持在全功率的户外运 行超过 25年。不小的壮举！ 仔细观察 图 1中所示的单相光伏逆变器示例使用了一个数字功率控制器和一对高侧/低侧栅极驱动器来驱动一个脉宽调制（PWM）全桥转换器。全桥拓扑通常用于逆变器应用，因为它具有任何开关模式拓扑中最高的功率承载能力。参照图1A，PWM电压开关动作在全桥输出处合成了一个离散的（尽管是有噪声的）60Hz电流波形。对高频噪声分量进行电感滤波，产生图1B所示的中低振幅的60 Hz正弦波。 图 1。单级、单相逆变器方框图 滤波后的波形通过一个执行三种功能的输出变压器：首先，它进一步平滑交流波形；第二，它校正电压振幅值以满足指定的电网要求，第三，它电隔离逆变器的直流输入从高压交流电网。 光伏逆变器的设计充满了设计妥协，如果错误的权衡，可能会引起设计师的悲伤。例如，光伏系统预计至少在 25年内可靠运行和全额定输出，但它们需要价格具有竞争力，迫使设计师做出艰难的成本/可靠性权衡。光伏系统需要高效的逆变器，因为效率较高的逆变器比效率较低的逆变器运行得更冷，寿命更长，而且它们为光伏系统制造商和用户节省了现金。 对高逆变器效率的不断追求创造了更多的设计权衡，可以影响组件的选择（主要是门驱动器、电源开关和磁性组件，如变压器）、 PCB结构和逆变器封装的热要求。光伏面板的输出电压也会随着阳光照射的变化而严重变化；因此，使逆变器的输入电压范围与光伏面板的输出电压范围相匹配是有益的。 这创造了更多的设计权衡，进一步影响了系统的复杂性、成本和效率，而这只是硬件。现在让我们来看看这个问题的控制方面。 逆变器背后的 “大脑”是它的控制器，通常是一个数字功率控制器（DPC）或数字信号处理器（DSP）。通常，控制器的固件以状态机格式实现，以便使用非阻塞（跌落）代码实现最有效的执行，从而防止执行无意中进入一个无尽的循环。 固件执行是层次结构的，通常比最高优先级的函数更频繁地服务于低阶函数。在光伏逆变器的情况下，隔离反馈回路补偿和电源开关调制通常是最高优先级的，其次 是支持 UL 1741和IEEE 1547安全标准的关键保护功能，最后是效率控制（MPP）。其余的固件任务主要涉及当前操作点的优化操作、监控系统运行和支持系统通信。 光伏逆变器暴露在高温和 /或冷低温下25年，导致人们在考虑逆变器中使用的组件时暂停。显然，诸 如过滤波纹的电解电容器和提供电流隔离的电耦合器等组件，没有机会“走这个距离”。电解电容器干燥和死亡，光耦合器的LED亮度逐渐减弱为微弱的辉光，停止工作。这些精密组件的解决方案包括用高价值的薄膜电容器替换电解电容器（可靠性更高，但成本明显更高）。最佳的长期解决方案是摒弃光耦合器，转而支持现代CMOS隔离组件。 CMOS工艺技术具有高可靠性、成本效益、高速运行、小特性尺寸、低运行功率、在极端电压和温度下的运行稳定性以及许多其他理想特性等优点。此外，与光耦合器中使用的砷化镓（砷化镓）工艺技术不同，在CMOS中制造的器件没有固有的磨损机制。底层的CMOS隔离单元是电容性、完全差分和高度优化的，具有紧密的定时性能、低功耗操作和对外部场和快速共模瞬态引起的数据错误的高抗扰性。 事实上， CMOS工艺技术与专有的硅产品设计相结合所带来的优势，首次使健壮的、“接近理想的”的隔离设备成为可能。这些设备提供了更大的全面功能集成，更高的可靠性（60+年隔离屏障寿命），40°C到+125°C的最大VDD连续运行，以及在性能、功耗、板空间节省和易用性方面的显著改进。 21世纪光伏逆变器组件解决方案 光伏逆变器架构不以图 1所示的单相变压器逆变器结束。其他常见的类型包括高频、双极、三相、无变压器和电池供电的逆变器。虽然这些拓扑彼此不同，但它们通常都需要相同的组件解决方案。图2中的框图显示了基于变压器的三相相变器中使用的几种CMOS隔离装置。 图 2。使用CMOS隔离组件的三相逆变器 这是一个经典的闭环架构，其中数字控制器调制功率开关的占空比，以迫使光伏系统输出电压的幅值和相位与电网的完全匹配。这些隔离门驱动器将安全认证的电隔离（额定功率为 1 kV、2.5 kV或5 kV）和高侧电平移动功能集成在一个封装中，消除了外部隔离设备的需要。每个驱动器输出与下一个输出隔离，可以在不闭锁的情况下使用正电压。 控制器的电流反馈由单个 4mmx4mmx1mm1mmCMOS隔离交流电流传感器提供（其1 kV隔离额定值受封装尺寸的限制——较大的封装版本额定值高达5 kVrms）。与电流传感传感器相比，这些单片传感器具有更宽的温度范围、更高的精度和更高的可靠性。使用数字控制器产生的逆变器门控制信号对传感器进行 循环复位，消除了外部复位电路的需要。电网反馈是系统反馈控制机制的重要组成部分。电阻式衰减器用于将电网电压降低到与 PWM调制器兼容的范围，PWM调制器将正弦波输入转换为离散的PWM波形，并由CMOS数字隔离器进行安全隔离。 结论 光伏系统相对来是能源生产领域的新手。与其他新兴技术一样，光伏系统随着技术的成熟将发生快速变化。因此，光伏系统无疑将继续发展，以满足市场对更高容量、更低成本和更高可靠性的需求。随着这种情况， PV逆变器的功能将扩大，设计师将需要更集成的、特定于应用的组件级设备，以进一步利用和推动CMOS隔离的创新。随着这些事件的发展，光伏发电系统将变得更加广泛，并最终成为公用事业主流的一个可行部分，大大减少了我们对化石燃料的依赖。

01产品概述 CA-IS2082B是一款具有高可靠性的隔离式半双工RS-485收发器产品。 该芯片采用超小体积的SSOP16封装，body size仅为4.9x3.9mm，可大大节约布板空间，满足小型化需求。 CA-IS2082B具有高绝缘能力，有助于防止数据总线或其他电路上的噪声和浪涌进入本地接地端，从而干扰或损坏敏感电路。高CMTI能力可以保证数字信号的正确传输。CA-IS2082B器件支持绝缘耐压高达3kVRMS。 02产品特性 • 符合 TIA/EIA-485-A 标准 • 信号传输速率：高达5Mbps • 失效防护接收器(总线开路、短路) • 支持多达256个总线节点 • 总线引脚ESD能力 -总线引脚对GNDB±8kV HBM -总线侧其他引脚对GNDB±6kV HBM -信号侧引脚对GNDA±6kV HBM -总线侧±12 kV IEC 61000-4-2 Contact Discharge • 2.5 V至5.5 V逻辑侧电源(VDDA) • 4.5 V至5.5 V总线侧电源(VDDB) • 在接收状态时，总线输入端开路或短路接收器输出高电平 • 宽温度范围：-40 °C至125 °C • 引脚兼容大多数隔离式RS-485收发器 • 高CMTI：±100 kV/µs (典型值) • 高达3000 VRMS隔离耐压 40年 • 封装形式：SSOP16

【参选产品】CA-IS3062W集成隔离电源的隔离式CAN收发器 缺芯时代，模拟芯片已成众矢之的。在海外大厂扩产瓶颈日益凸显、供需缺口进一步拉大之际，一批国产模拟芯片新锐已接势突围，成为半导体国产替代中的关键一环，也是产业内外聚焦的核心重点之一。 川土微电子正是其中难以忽视的耀眼新星。作为国产集成隔离电源的隔离器芯片开拓者，成立于2016年的川土微电子在上一届IC风云榜就凭借隔离、接口、HPA三大产品线，从众多候选者中脱颖而出，获得“年度最具成长潜力奖”。 本届IC风云榜，川土微电子入围“年度新锐公司奖”，其中，集成隔离电源的隔离式CAN收发器（CA-IS3062W）入围“年度优秀创新产品奖”，凸显了其作为国产替代“排头兵”持续的竞争力。 CA-IS3062W：国内首款集成隔离电源的隔离器芯片 此次入围的CA-IS3062W是川土微电子在2020年12月推出的一款隔离式控制区域网络（CAN）物理层收发器，同时内部集成隔离式DC-DC转换器，是国内首款集成隔离电源的隔离器芯片，符合ISO11898-2标准的技术规范。 其突破性在于，能在一颗芯片里同时完成信号隔离+电源隔离+CAN信号收发；具备SOP16-W, POD=10.3mmx7.5mmx2.5mm的小尺寸封装，突破行业现有局限；全集成微型片上变压器、高达53%的转换效率、高隔离耐压5kVRMS。 面市以来，该产品得到了市场的一致认可，销量可观，应用场景包括CAN数据总线、楼宇自动化、工控、安防等领域。 市场认可度高的背后，是川土微电子对一系列高难度问题的突破，无论是对于公司本身，还是对于国内整个半导体市场和行业来说，都有着深远意义。 国产突围“排头兵”模拟芯片赛道跑出又一黑马 众所周知，过去几十年，模拟芯片这一行业壁垒极高的领域，一直被国际IDM巨头垄断，国产替代进程较为缓慢，截至2020年，我国模拟芯片自给率仅为12%，在供应链安全问题日益凸显的背景下，这一环节亟待突破。 疫情和海外IDM“黑天鹅”事件频发，给国产模拟芯片厂商带来了突围的机会。在这其中，川土微电子凭借其技术积累深厚的研发团队，以及敏锐的市场嗅觉，成为这一赛道又一黑马。 公司专注于高端模拟芯片研发设计与销售，目前已经在隔离、接口、高性能模拟等高端模拟芯片领域成为国内知名的供应商，合作海内外客户超过1000家，分布在工业控制、电源能源汽车电子、仪器仪表、通信网络等领域。 在过去的几年中，川土微电子发展突飞猛进，销售额呈现倍增趋势，团队规模和业务领域也在不断扩张。 对于今后的发展，川土微电子表示，将持续关注工业与通用领域应用（工业互联网、智能智造、能源与交通）以及智能汽车应用（电动化、智能辅助驾驶与安全、远程通信、座舱娱乐）。

产品概述 CA-IS398X系列器件提供8通道隔离式数字输入，非常适合工业应用中常用的24V数字逻辑。 这些通道可以吸收电流或者提供电流，并具有集成的安全额定隔离度。结合一些外部器件，CA-IS398X可以满足IEC 61311-2 开关类型1、2或3的要求。 CA-IS3980S通过SPI口对芯片内部寄存器状态进行读取，还可以通过SPI口对芯片进行写操作从而实现芯片的灵活配置。可以配置通道的滤波器模式、去抖动滤波器时间常数。CA-IS3980S除了4线SPI引脚除外，还具有MOSI_THRU引脚，该引脚可以实现多芯片菊花链式结构，即一个单独的SPI接口上串联16个CA-IS3980S，而无需其他控制信号。因此16个CA-IS3980S通过组成菊花链结构的网络，可以监控128通道的状态。 川土微电子CA-IS398X 8通道隔离式串行数字输入接收器选型表 产品特性 • 符合IEC61131-2针对24V隔离式数字输入的1、2、3类特性标准 • 通道数：单封装8通道输入 • 现场侧供电：兼容光耦输入，无需现场侧供电 • 电源电压：2.25V~5.5V • 高数据率：Up to 2Mbps • 耐压等级：2500VRMS • ESD等级 ：HBM ±4KV • 高CMTI：300 kV/us(低速通道)，50 kV/us(高速通道) • SPI接口：CA-IS3980S具有SPI接口 • 去抖动：可选去抖动滤波器时间：0ms,10ms,30ms,100ms • 温度范围：-40°~125°C • 超小封装：SSOP20（Y）

继485之后，川土微电子接口系列产品再添重磅成员！ CA-IF1051具有CAN FD和故障保护功能的CAN收发器来了！ 01产品概述 这款CAN收发器专为高速CAN应用而设计，所有器件均支持经典 CAN 和 5Mbps CAN FD，在有负载 CAN 网络中能够实现更快的数据速率。该器件具有静音模式，共模输入电压可达±30 V，其中“H”后缀型号总线故障保护达±70V，非“H”后缀型号总线故障保护为±58V。该器件包含许多保护功能，以提高器件和 CAN 的稳定性。目前提供SOIC8的封装尺寸。 CA-IF1051 CAN收发器选型表 02逻辑侧应用特性 CA-IF1051的TXD管脚在接收CAN控制器的TTL电平时，大于2V的电平会识别为高电平，小于0.8V的电平会识别为低电平；RXD管脚的输出高电平为大于4V，低电平为小于0.4V，符合CAN控制器电平标准。 03总线侧差分输出电压 由于总线上电流与电阻的存在，长线传输后的差分电平会衰减，差分输出电平肯定越大越好，压差越大对接收端来说就越容易识别；但是差分电平过大的话，会造成流过匹配电阻的电流过大，造成不必要的功耗消耗，单个设备的电磁干扰也会加强。 所以综合来讲，合适的总线差分输出电压可以兼容功耗与传输距离,输出电压过大，会导致功耗上升，但是传输距离可以更远，输出电压小，功耗减小，单个设备电磁干扰也减弱，但是会导致传输距离也变短。CA-IF1051S差分输出电压满足ISO11898-2标准。 04显性超时保护 显性超时保护功能主要是为了防止CAN总线网络由于硬件或软件故障使得TXD长期处于“0”电平状态。TXD保持“0”电平意味着CAN网络为显性电平，整个网络的所有节点都不能收发数据，CA-IF1051S通过收发器的硬件计时避免总线出现这种情况。 05高共模电压输入范围 众所周知，如果CAN收发器芯片的总线输入电压共模范围不够，就会对通信产生影响，川土微电子CA-IF1051S把共模电压输入范围做到了±30V，让它能够适用于更加恶劣的工业环境。 06时序特性 在实际CAN通讯中，会出现连续5bit时钟未同步，累积的误差达到最大，针对这种情况， 整个系统就期待CAN收发器能够将误差控制到足够小，以保证传输信号的完整性。模拟这个条件的测试波形如下图所示，川土微电子CA-IF1051S的测试数据是符合规格的，保证在这种情况下，接收端的信号波形不会因较大形变造成采样出现错误。 07典型应用 下图是步进电机控制器应用框图，利用STM32单片机的CAN控制器进行CAN总线通信。 单片机STM32F103C8T6自带USB接口可以和上位机进行通信，带有两个SPI接口，其中一个SPI接口用于读取传感器的数据，另一个SPI接口选接OLED; 单片机通过IO口去控制电机驱动芯片；然后再通过SPI接口，读回传感器的数据；单片机还自带一个CAN协议接口，此接口可以输出TTL电平，通过CA-IF1051S收发器芯片，连接到CAN总线上面，与其他CAN节点进行通信；如果是比较恶劣的工业环境可以选用隔离器对信号进行隔离，可考虑川土微电子CA-IS36XX带隔离电源的数字隔离器系列。 08未来规划 川土微电子CAN收发器主要包含 工业级与车规级 两大方向，产品线包含CAN接口和隔离CAN接口。预计2021年四季度，川土微电子 车规级CAN-FD收发器 1051V-Q1、1042V-Q1将与大家见面 ，敬请期待！