TI把增強(qiáng)型隔離器的效率提升80%，是如何做到的？

　　近日，德州儀器(TI)推出一款具有集成電源的新型單芯片增強(qiáng)型隔離器，其效率比現(xiàn)有集成器件高出80%。相較于分立式解決方案，ISOW7841集成有隔離數(shù)據(jù)和電源，可減少物料清單(BOM)和電路板空間，并有助于簡化和加快系統(tǒng)認(rèn)證。

　　在上海的TI新聞發(fā)布會(huì)上，TI隔離器全球市場經(jīng)理Gina Hann向電子產(chǎn)品世界的編輯介紹了隔離器的歷史、特點(diǎn)及如何實(shí)現(xiàn)了高集成度。

　　是集成度更高的第三代隔離器產(chǎn)品

　　隔離器經(jīng)歷了三代發(fā)展。第一代通常是光耦隔離，用變壓器進(jìn)行AC-AC隔離。第二代是數(shù)字型隔離器：既可以用來做電源隔離，也可以做信號(hào)隔離。最新的第三代是增強(qiáng)型隔離器，它相對(duì)于前一代產(chǎn)品做了一個(gè)基本絕緣，例如基本絕緣的隔離電壓等級(jí)是3000V，增強(qiáng)型要做到6000V以上，甚至10000V浪涌的電壓。

　　以TI來說，1997年起就專注于隔離器，2001年發(fā)布第一代產(chǎn)品，2008年發(fā)布第二代產(chǎn)品，2014年推出第三代隔離器。

　　TI此次推出的ISOW7841是一款具有集成電源的新型單芯片增強(qiáng)型隔離器，兼具更低輻射和更高轉(zhuǎn)換效率。

　　集成度高在哪兒?

　　隔離是一種屏障和保護(hù)，是阻隔系統(tǒng)的兩個(gè)部分之間的DC和不期望的AC的一種手段，同時(shí)仍然能夠?qū)崿F(xiàn)這兩個(gè)部分之間的數(shù)據(jù)和電力傳輸。

　　強(qiáng)化隔離有助于保護(hù)操作人員和低壓電路免受高壓影響，提高抗噪聲能力，以及處理通信子系統(tǒng)之間的接地電位差。

　　產(chǎn)生隔離電源的傳統(tǒng)方法是使用DC/DC轉(zhuǎn)換器，以在反激式、飛降或推挽式拓?fù)渲序?qū)動(dòng)變壓器，但這種方法增加了設(shè)計(jì)的額外空間和成本，如圖1所示。

圖1 經(jīng)典的工業(yè)隔離數(shù)據(jù)通訊的方案

　　圖1是經(jīng)典的工業(yè)用隔離數(shù)據(jù)通訊的解決方案：隔離屏障的兩邊都必須要有電源，即系統(tǒng)(上圖)和信號(hào)(下圖)兩邊，這時(shí)就要用到DC/DC 轉(zhuǎn)換器、變壓器及LDO等。特點(diǎn)是兩邊的信號(hào)都需要隔離，要提供相應(yīng)的隔離電源，整個(gè)線路看起來比較復(fù)雜。

　　圖2是TI此次提供的解決方案。

　　圖2 圖中虛線處，是TI ISOW7841集成的部分

　　可見從信號(hào)隔離到電源隔離是一個(gè)集成的解決方案。這樣可以減少BOM(物料清單)和PCB(印制板)的尺寸;同時(shí)，因?yàn)榧稍谝粋€(gè)器件中，更容易進(jìn)行系統(tǒng)認(rèn)證。同時(shí)，因?yàn)槠骷臏p少帶來系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以TI推出的具有集成電源的增強(qiáng)型隔離器解決方案，提供更高效的傳輸速率和更低的輻射，同時(shí)也輸出最大功率，提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　圖3 ISOW7841的內(nèi)部框圖

　　該方案可以用于多種工業(yè)場景：工廠自動(dòng)化、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、電機(jī)控制、隔離電源、測試測量等。

　　熱門問答

　　問：ISOW7841采用的是什么隔離技術(shù)?

　　答：是電容隔離技術(shù)。電容隔離技術(shù)可以更好地做到更高的絕緣隔離電壓，傳輸?shù)男室彩强梢宰龅礁?，并且可以做到非常低的?duì)外輻射。

　　同時(shí)，TI還提供產(chǎn)品技術(shù)白皮書，解密電容隔離器內(nèi)部的架構(gòu)、中間的隔離帶是如何做的，以達(dá)到如此高的隔離電壓的等級(jí)及更高的傳輸效率。大家可以在TI官網(wǎng)上查詢更多資料。

　　問：通過什么方式降低了外界噪聲的影響?

　　答：現(xiàn)在確實(shí)有很多不同的技術(shù)能夠做到抗干擾性，TI采用的是開關(guān)型技術(shù)，采樣持續(xù)性的信號(hào)。TI的信號(hào)是持續(xù)的采電平，可以更方便穩(wěn)定的去采，如果電平是高，就一直是高，如果是低的話，就是低。這樣確保采集的信號(hào)是非常準(zhǔn)確的，即使在外部有很強(qiáng)噪聲干擾的情況下，我們首先要保證采集的信號(hào)是對(duì)的。

　　問：ISOW7841在做到抗干擾性的同時(shí)，如何如何實(shí)現(xiàn)了低輻射?

　　答：采用了展頻技術(shù)。展頻是頻譜的擴(kuò)散。通常我們看到的頻譜是正態(tài)分布的尖峰。而采用展頻的技術(shù)，我們把整個(gè)頻譜進(jìn)行擴(kuò)展，將其變成一個(gè)平臺(tái)型，整體往下平移，這樣我們就可以做到10DB的優(yōu)勢。我們把整個(gè)頻譜的分布往下壓，壓低了10DB，這樣采用展頻的技術(shù)可以提供更低的EMI(電磁干擾)對(duì)外輻射能力。

　　問：ISOW7841的隔離通道是三個(gè)正向，一個(gè)反向，這基于什么原因考慮的?

　　答：ISOW7841采用四個(gè)隔離通道架構(gòu)是有很大的需求量，同時(shí)ISOW7841是這一產(chǎn)品系列中推出的第一款產(chǎn)品，以后還會(huì)定義兩進(jìn)、兩出、兩反向的，還有其他的通道數(shù)，整個(gè)產(chǎn)品系列會(huì)更加的豐富而全面。所以，之后會(huì)有越來越多的像ISOW7841這樣高性能的產(chǎn)品推出，敬請(qǐng)期待。

　　問：ISOW7841不僅是信號(hào)的隔離，也是電源的隔離。但在電源部分，可以看到有變壓器;DC/DC也有電感，都集成在芯片里了。那么，變壓器在集成過程中，采用什么樣的先進(jìn)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)比較好的抗干擾能力?

　　答：在內(nèi)部設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)有不同的技術(shù)做成DC/DC轉(zhuǎn)換器，有些是電感型的?？傮w來說它是一個(gè)變壓器，實(shí)現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換。

　　TI是把線圈型做成變壓器并設(shè)計(jì)到電路板上。

　　點(diǎn)評(píng)

　　現(xiàn)在大家都在做第三代增強(qiáng)型隔離器。TI的ISOW7841把信號(hào)的隔離和電源的隔離都做在一起，即把強(qiáng)電和弱電做在一起，確實(shí)很少見。

　　另一個(gè)亮點(diǎn)是數(shù)字耦合。為了取代光耦，TI的數(shù)字隔離一直堅(jiān)持采用電容耦合，但現(xiàn)在多家公司在做磁耦。TI解釋道，光耦需要每年校正，壽命有限，反應(yīng)有延遲，而電容耦合克服了光耦的缺點(diǎn)。但TI并未對(duì)磁耦進(jìn)行評(píng)論。