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隔离市场挑战重重 TI发布新型隔离解决方案积极应对

2018年11月7日 08:50  CCTIME飞象网  

飞象网讯(六月/文)当下,市场应用场景对隔离产品的需求越来越多的同时对隔离技术本身也在不断提出新的要求,比如更小的尺寸,更高的集成,更高的精度,更高的隔离电压等细节性能参数也在不断地发展。近日,德州仪器(TI)宣布推出两款最新的隔离器产品ISO224与ISO1042以应对市场需求,为客户带来更好的隔离体验和寿命周期可靠性。

据介绍,ISO224是具有业内最高的精度和工作电压以及极长的使用寿命、能够大幅提升隔离性能的隔离放大器;ISO1042则将业内更高总线故障保护、更高共模瞬变抗扰度(CMTI)和更低电磁辐射于一身,尺寸缩小35%,具有比同类产品更高的工作电压、比传统CAN标准更快的通信速度,可帮助工程师更好地保护低压电路,并提高工业应用(如电网基础设施、电机驱动和楼宇自动化)及混合动力汽车和纯电动汽车(HEV/EV)的通信吞吐量。

TI积极应对隔离市场三大挑战

众所周知,在传输功率时,功率是电压和电流的乘积,为了传输更高功率有两个办法,一是提高电压,二是增大电流。增大电流对于导线有更高的要求,一般越大的电流需要越小的传输电阻,这种情况之下,只能加粗铜线的截面积,整合系统的成本就会明显上升。考虑到传输更大功率,提高电压是在电气或成本上比较容易实现的方法,因此为了低压侧的安全,就需要加入隔离措施。目前隔离的应用场景十分广泛,最典型的就是工业应用和汽车应用。

在德州仪器隔离器产品线产品市场工程师Neel Seshan看来,当下的隔离市场主要面临三方面挑战。具体而言,第一个挑战是针对鲁棒性的,常常在电子系统设计里会遇到,比如需要测量高压端的信号,怎样能够把高压端信号安全地传输到低压端;第二个挑战在有害或噪声非常大的环境下的可靠性。在现代电子系统里经常存在高温或高噪声电子环境,在这种条件下,怎样才能把信息、信号有效传输;第三个挑战是尺寸,现在电子系统的尺寸变得越来越小,工程师往往需要在更小的单位体积里实现更多的功能,这也是TI尝试去解决的挑战。

现在市场上比较常见的隔离技术有很多种,最常见的有光电隔离,解决大家所熟知的光耦,二是变压器隔离,也是很常见的隔离技术。TI采用的技术是电容性的隔离,电容性的隔离里,所使用的核心材料是二氧化硅。之所以采用这个技术,是因为二氧化硅本身具有最高的介电强度;第二个数值是光电隔离器件所使用材料的介电强度是20Vrms/μm;变压器所使用的材料介电强度300Vrms/μm;此外,TI的技术使用的技术材料二氧化硅的介电强度500Vrms/μm。

Neel Seshan进一步介绍称:“在光电隔离和变压器隔离里所使用的材料是有机材料,有机材料对于外界环境因素变化有敏感性,最常见的是湿度和温度。当湿度和温度变化的时候,它的介电强度会随之发生变化,所以,在外界环境变化的时候有机材料的性能不如TI使用的技术稳定。二氧化硅就是玻璃,对于温度和湿度的变化影响非常小,非常稳定,这也是TI使用这个技术的主要原因。”

德州仪器隔离器件内部结构有两个内核DAI,每一个DAI都有个电容信号,信号从左边示意的线路里进去的时候,首先通过调制经过第一个隔离器,再通过绑定先进入第二个隔离器,耦合到第二个DAI,通过第二个DAI解调,再把它通过电子信号传输。

“这些先进的隔离技术将给电子技术系统设计带来三方面好处:1.可靠的电机隔离可以使电子系统有更长的使用寿命;2.噪声环境下的高可靠性运作,也是该技术的主要优势之一,在非常嘈杂的环境之下可以大幅提升性能的隔离中继;3.在器件很多的情况下,当其他电子元器件集成了刚才所谈的隔离技术之后,就会有更多功能。

发布ISO1042隔离器件收发器以及ISO224放大器

据介绍,德州仪器的隔离产品系列第一大类包括数字隔离器与数字隔离器+隔离电源产品,不仅是通讯,隔离电源还应用于通信器件。第二大类是隔离接口,包括I2C、RS-485、隔离LVDS高速信号传输接口,也包括隔离CAN。第三大类是TI的隔离栅极驱动,主要用在马达控制和功率变换里,马达控制功率变换时需要碳化硅或氮化镓等功率管的驱动,作为典型的高压和低压互通器件,它需要隔离的栅极来驱动氮化镓、碳化硅或MOSFET隔离设备。第四大类是隔离式ADC和隔离放大器,就是集成的隔离放大器或隔离运放。

“TI对于隔离器件或隔离元器件市场的投入是非常重视的,过去TI发布了ISO7和ISO8系列隔离器件,可以同时服务工业和汽车电子领域的,也发布了ISOW,就是隔离+隔离电源器件,也可同时应用于工业和汽车电子领域,TI一直关注该领域的投资,设计并制造更多先进的隔离电子元器件产品。” Neel Seshan表示。

在此次的媒体沟通会上,Neel Seshan主要为我们介绍了两款产品,一是隔离接口——ISO1042隔离器件收发器,二是ISO224,另一系列里的隔离运算放大器。需要强调的是,TI有着非常宽广的隔离器产品线。

ISO224是具有业内最高的精度和工作电压以及极长的使用寿命、能够大幅提升隔离性能的隔离放大器,它典型应用于电压采样设计部分的器件,最主要的三个特点有:1.最高可靠性,用隔离电压数值来表征的话,它有比既有产品高出50%的隔离电压,可以提供更长时间的可靠性工作寿命;2.市场上最高的电压测量精度,在±12V以内的电压传感或电压测量应用里,目前能够做到精度最高的隔离运算放大器;3.ISO224集成了很多器件诊断功能,可以让电子系统设计更安全,提升器件自身的诊断和复位能力。目前安全性要求非常高的工业领域,尤其汽车领域,很多器件需要自身具有诊断功能。

对此,Neel Seshan自豪的讲到:“ISO224在1.5kV的寿命测试是135年,一般电子系统的寿命是几年或十几、二十年,所以,这个器件可以给电子设备的可靠运行时间带来非常大的寿命预量。此外,ISO224具有共模瞬态噪声的变异能力,当它在非常嘈杂环境工作的时候,能达到80Vrms/μs共模瞬态噪声抑制能力,所以,在嘈杂环境下可以提供可靠的隔离。”

而ISO1042是业界超小型增强隔离式CAN FD收发器,能提供更高的总线故障保护。众所周知,CAN FD正在成为下一代汽车通信领域的标准。ISO1042具有四大特性:1.最高的工作电压,和ISO224一样,ISO1042的高工作电压可以提升可靠性、可靠工作寿命;2.兼容CAN FD协议,CAN FD可以为电子系统提供更高速率,相比于传统的CAN总线能提供超高速率的数据通信。从EMC和EMI角度来讲,ISO1042可以提供最小的电磁干扰辐射和最高的抗电磁干扰性能,也就是说它的EMC和EMI水平都是非常高的,性能非常高。3.保护和诊断方面,ISO1042能够实现70V抗干扰电压的最高可靠性保护和总线保护性能;4.作为CAN FD收发器,另一个显著性能是通讯速率的实现,通讯速率参数上,ISO1042能够实现5Mbps通讯传输速率,同时也有低至215ns的最低环路延迟,使得CAN FD总线通讯速率有很大提高。

Neel Seshan补充道:“ISO1042在测试可靠寿命预期时加上5000V高压,能够预判的可靠工作寿命可以达到270年,这是比以往的产品提升80%的参数。在提高可靠寿命情况下,实际也为最终的电子系统降低了引进成本,不管这个系统是工业设备还是汽车电子系统。而且这个器件也是在我们汽车级或受控环境之下来制造和测试的,以此来保证高一致性和高可靠性的实现。”

EMC抗电磁干扰性能上,ISO1042同样有对于共模瞬态干扰的抑制能力或抗共模瞬态干扰能力,数值可以达到85kV/μs的共模抑制,每个器件都是通过了±8kV的静电测试要求。TS62228是市场上最严苛的测试标准之一,看实际的EMI的波形辐射,都是远远低于这条线的。

Neel Seshan 表示:“这个性能是关于ISO1042 CAN收发器高压保护的,CANL和CANH总线在一定情况下会共同造成短路。ISO1042有自身的保护功能,导致不会被瞬间短路电压破坏或损坏。实测性能上,ISO1042可以抗70V的高压保护。汽车电子里,一般高压部分是12V、24V或48V,工业上常见的是48V,70V的保护电压有相当大的安全工作裕度,可以在任何电子设计场景下可靠地使用。”

编 辑:值班记者
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