基于TMS320F2812泄漏電流測試系統(tǒng)的設計
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1．1．2 線性光耦隔離電路的設計
在電路設汁中，隔離傳輸電路是比較常用的電路之一，隔離就是將一部分與其他部分中的非理想影響分離開來，在電子電路中，電介質通過阻斷直流(DC)電來實現兩個通信點的隔離。泄漏電流測試需要加上工頻電壓及以上的高電壓，期間即使流過很小的交流(AC)電流，也會給人體造成致命的傷害。設計隔離電路的作用就是使人體免受危險電壓或危險電流的損壞。高壓與低壓隔離電路如圖4所示。
在醫(yī)療設備、工業(yè)控制、高精度數據采集、長距離通信、高低壓混合系統(tǒng)等電路設計中，經常要用到隔離電路，一般來說，隔離分為光耦隔離、電磁隔離和電容隔離、磁耦隔離四種方法，下面介紹各自的優(yōu)缺點。
(1)光電隔離技術
光耦合技術是在透明絕緣隔離層(例如：空氣間隙)上的光傳輸，以達到隔離目的。光耦合器(LED)，使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產生光電流，再經過進一步放大后輸出，這就完成了電-光-電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。光耦合技術的主要優(yōu)點是，光具有對外部電子或磁場內在的抗擾性，而且，光耦合技術允許使用恒定信息傳輸。光耦合器的不足之處主要體現在速度限制、功耗以及LED老化上。還有，光耦合隔離方式適合傳輸低頻信號和直流信號，且功耗較大。
(2)電磁隔離技術
電感耦合技術使用兩個線圈之間的變化磁場在一個隔離層上進行通信。最常見的例子就是變壓器，其磁場大小取決于主級和次級繞組的線圈結構(匝數／單位長度)、磁芯的介電常數以及電流振幅。電感耦合技術的優(yōu)點是，可能存在的共模差異和差分傳輸特性。變壓器的精心設計允許噪聲和信號頻率重疊，但是會呈現出噪聲高共模阻抗和信號低差分阻抗。另一個優(yōu)點是，信號能量傳輸可達到近100％的效率，從而使低功耗隔離器成為可能。其主要缺點是對外部磁場(噪聲)的磁化。
(3)電容隔離技術
電容耦合技術是在隔離層上采用一個不斷變化的電場傳輸信息。各電容器極板之間的材料是一個電介質隔離器，并形成隔離層。該極板尺寸、極板之間的間隔和電介質材料等都決定著電氣性能。使用一個電容隔離層的好處是，在尺寸大小和能量傳輸方面的高效率，以及對磁場的抗擾度。電容耦合技術的缺點是其沒有差分信號和噪聲，并且信號共用相同的傳輸通道，這一點與變壓器不同。這就要求信號頻率要大大高于噪聲預期頻率，這樣隔離層電容就呈現出信號的低阻抗，以及噪聲的高阻抗。
(4)磁耦隔離技術
磁耦技術是一種芯片級變壓器隔離技術。Icoupler磁耦數字隔離器就是在上述背景下，由美國模擬器件公司ADI設計開發(fā)的一款適合高壓環(huán)境的隔離電路。Icoupler是ADI公司的一項專利隔離技術，是一種基于芯片尺寸的變壓器，而非傳統(tǒng)的基于光電耦合器所采用的發(fā)光二極管(LED)與光敏三極管的結合，因采用了高速的iCOMS工藝，因此在功耗、體積、集成度、速度等各方面都優(yōu)于光耦技術。同時能滿足醫(yī)用設備高電壓工業(yè)應用、電源以及其他高隔離度環(huán)境的嚴格隔離要求，非常適合在各種工業(yè)上的應用，包括數據通信、數據轉換器接口、各種總線隔離以及其他多通道隔離應用。磁耦產品的優(yōu)點有：
速度高 最高速率可達到150 Mb／s；
功耗低 工作時的功耗僅為傳統(tǒng)光耦產品的1／10，最小工作電流為0．8 mA；
性能更高 時序精度，瞬態(tài)共模抑制力，通道間匹配程度均優(yōu)于傳統(tǒng)光電隔離器；瞬態(tài)抗擾度可高達25 kV／μs。其額定隔離電壓是高隔離度光電耦合器的兩倍，并且數據傳輸速率和時序精度是其10倍。
體積更小 集成度更高，最多一個芯片上集成了4個通道；PCB節(jié)省60％～70％左右，采用了低成本SOIC封裝；
應用方便 同一芯片內提供正向和反向通信通道，而且不用任何外圍分立元件；
可靠性高 壽命長，省去傳統(tǒng)光電轉換部分，壽命與其他CMOS器件相同；
當然，磁耦合隔離方式適合傳輸高頻信號，不能用于直流或低頻信號的傳輸，且需要對隔離輸出信號整形后才能為接收數字電路使用，但其功耗較小。
在泄漏電流隔離數據采集電路中，需要隔離的信號有ADC控制信號(直流電平)、ADC工作時鐘信號(幾兆甚至更高頻率的信號)，在這樣的應用條件下，如果用普通的光耦隔離器件，只能隔離直流或者低頻信號，所以采用光耦技術很難滿足對泄漏電流隔離的需求。而磁耦隔離器件不能傳輸低頻信號以及直流信號，且磁耦隔離對數字信號的傳輸性能較好，即使傳輸模擬信號，也會引起信號的失真，解決方法就是可以對需要傳輸的模擬信號進行電平抬高，使得模擬信號的最小電流值可以驅動隔離器件工作，才會保證被傳輸信號的不失真。另外一個解決的方法就是如果將需要傳輸的低頻信號調制到高頻載波上，再用磁耦合隔離電路隔離傳輸，在接收端再用解調電路提取出低頻信號，可以實現用磁耦合隔離電路傳輸低頻信號的目的。本文設計的新型磁耦合隔離電路不用調制和解調電路就可以實現低頻和直流信號的磁耦合隔離傳輸，而且電路結構簡單、功耗小，信號傳輸延遲很小。
本文采用模擬隔離放大器進行隔離，實現測試系統(tǒng)與被測對象電氣上的隔離，選用高線性度模擬光電耦合器HCNR201，其主要參數介紹如下：具有±5％的傳輸增益誤差和±0．05％的線性誤差；具有大于1 MHz的頻帶帶寬；輸入電壓范圍為0～15 V。電路如圖5所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/193999.htm
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