隔離電源模塊：如何為信號傳輸賦能
2024-08-13 09:24:42閱讀量：700
淺談隔離技術(shù)
01、為什么需要隔離？
如何在傳輸信號和功率的情況下做好隔離設(shè)計通常是工程師們比較棘手的問題，而做好隔離對于人、系統(tǒng)、信號傳輸都是比較關(guān)鍵的,主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
保護人身安全: 不管是工業(yè)機器人，電動汽車充電樁，或者醫(yī)療設(shè)備，使用隔離技術(shù)可以使人得到觸電保護；
保護資產(chǎn)&設(shè)備: 隔離技術(shù)可以保護重要的資產(chǎn)以及電子設(shè)備，防止其受到高壓浪涌的損害；
保證數(shù)據(jù)傳輸完整: 數(shù)據(jù)傳輸可能會受到外部電子干擾，隔離可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾裕?/span>
02、半導(dǎo)體隔離技術(shù)的類型
由于芯片內(nèi)部可以形成一個隔離柵，在電路系統(tǒng)中起到隔離的作用，因此隔離芯片的使用對于高壓高功率系統(tǒng)的構(gòu)建可以起到至關(guān)重要的作用，不再需要額外復(fù)雜的隔離電路，常見的半導(dǎo)體隔離技術(shù)主要有如下三種:
a. 光學(xué)隔離: 光耦是一種以光為媒介傳輸電信號的一種電→光→電轉(zhuǎn)換的器件，目前在反激電源以及信號傳輸?shù)阮I(lǐng)域有著很廣泛的應(yīng)用；
b. 電容隔離: 電容具有隔直流，通交流的特性，基于這個特性對信號傳輸進行調(diào)制，可以實現(xiàn)隔離，與光耦不同的是，電容隔離擁有諸多優(yōu)點例如只需消耗小量的偏置電流，更高的傳輸速率，低延時，更強的抗干擾能力等等；
c. 磁隔離: 通過線圈磁場耦合來傳輸功率和信號，由于線圈本身磁場的存在，此種隔離技術(shù)抗電磁干擾的能力相比電容式隔離會有一些劣勢。變壓器也屬于磁隔離的一種，大量應(yīng)用于開關(guān)電源系統(tǒng)，電源模塊設(shè)計。
隔離電源模塊如何為信號傳輸賦能
常見的信號傳輸類型有SPI, RS485, RS232和CAN等，對于工業(yè)高壓應(yīng)用，系統(tǒng)在傳輸信號的同時不可避免地會受到有害交流或者直流電的影響，并且上千伏的高壓電有可能擊穿信號傳輸鏈，為了解決此問題，使用信號隔離器就至關(guān)重要了。接下來會以SPI通信為例子，從系統(tǒng)功能框圖的角度來說明隔離在這些信號傳輸中是如何實現(xiàn)的以及隔離電源模塊是如何使用的。
SPI: SPI(Serial Peripheral Interface)亦稱串口通信，這是一種高速全雙工的通信方式，具有四個通道(三正向，一反向),這種通信方式既可以從控制端傳輸信號到受控端，也可以反向從受控端傳輸信號到控制端。在信號傳輸?shù)耐瑫r做電氣隔離，可以通過在中間加一個信號隔離器實現(xiàn)，如圖1:
圖1:電氣隔離在信號傳輸中的應(yīng)用
電氣隔離的具體實現(xiàn)如圖2所示,可以采用MPS容隔方案的四通道信號隔離器(MP27931)，實現(xiàn)信號高速穩(wěn)定傳輸?shù)耐瑫r實現(xiàn)電氣隔離。信號隔離器屬于有源器件，其原邊和副邊都分別需要一個5V的偏置電壓源才能工作，MPS最新推出的極具性價比的5V-5V隔離電源模塊(MIE1W0505)可以提供此電源，該模塊有著很好的抗干擾能力以及穩(wěn)壓效果，可以支持高達5KV的隔離等級要求。
圖2: 信號隔離案例: SPI通信
其他通信方式(RS232/RS485/CAN)和上面架構(gòu)類似，但有著不同的通道數(shù)量和使能邏輯。看到這里，小伙伴們應(yīng)該就知道信號隔離器以及5V轉(zhuǎn)5V隔離電源模塊是用在哪里了吧，總而言之，只要需要如下類型信號傳輸?shù)牡胤酵瑫r需要做隔離，那么就可能需要使用隔離電源模塊。
圖3: 5V-5V隔離電源模塊應(yīng)用場
隔離電源模塊在實際應(yīng)用中的案例如下是隔離電源模塊在實際應(yīng)用(PLC和電動車充電樁)中的案例:
01、PLC
02、電動車充電樁
MPS最新推出的極具性價比,超小LGA封裝的5V-5V，1W隔離電源模塊- MIE1W0505BGLVH， 它有何神通？
01、超小封裝，僅僅為市場主流貼片封裝類型的10%， 傳統(tǒng)SIP封裝類型的2%!
圖5: MPS LGA封裝類型和市場方案尺寸對比
02、支持多種電壓輸入，可配置5V或者3.3V輸出；
03、負載調(diào)整率，隨著負載的波動，芯片始終可以將輸出穩(wěn)定在±0.2%以內(nèi)。
圖6: MIE1W0505BGLVH負載調(diào)整率
04、豐富的產(chǎn)品家族可供選擇，MPS可提供LGA(4x5mm)，SOIC-8WB和SOIC-16WB封裝類型，2.5KVrms, 3KVrms以及5KVrms耐壓等級可選。
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競品對比1: SMT封裝
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競品對比2: 傳統(tǒng)SIP封裝以及分離Push Pull方案
最后，附上MIE1W0505BGLVH的參數(shù)表，有興趣的小伙伴趕快聯(lián)系我們喲！
| L7805CV-DG/線性穩(wěn)壓器(LDO) | 0.5401 | |
| AMS1117-3.3/線性穩(wěn)壓器(LDO) | 0.1237 | |
| BAT54C,215/肖特基二極管 | 0.0335 | |
| LM358DR2G/運算放大器 | 0.345 | |
| CJ431/電壓基準(zhǔn)芯片 | 0.1147 | |
| LM393DR2G/比較器 | 0.3153 | |
| ADUM4160BRWZ-RL/隔離式USB芯片 | 34.83 | |
| REF3012AIDBZR/電壓基準(zhǔn)芯片 | 0.9357 | |
| SS8050/三極管(BJT) | 0.035 | |
| 8S005/錫膏/錫漿 | 17.67 |