До тех пор, пока схема питания может взаимодействовать с другими схемами, оборудованием, инфраструктурой или людьми, могут возникнуть разрушительные ситуации с перенапряжением.Физическая или электронная изоляция (обычно называемая электрической изоляцией) между точками взаимодействия тока и потенциала имеет решающее значение для безопасности и непрерывной работы цепейИзоляция также может уменьшить ненужный шум в выходном сигнале.
Требования к изоляции очень распространены в роботах, высоковольтных электросетевых оборудованиях, оборудовании заводских мастерских, автомобильных приложениях и потребительских продуктах.необходимо также учитывать специфику заявки., такие как переменное входное напряжение, использование батареи или необходимость компактной упаковки.
Чтобы выбрать правильные компоненты изоляции, дизайнеры должны понимать преимущества, недостатки и состав различных изоляторных конструкций.Они могут принять наиболее эффективные, надежные и экономичные на пространстве изоляторы в электронном дизайне.
Познакомься с изолятором.
Электрическая изоляция может быть достигнута различными способами, но все они имеют общий основной принцип: высоковольтный вход на первичной стороне изолирован от низкого напряжения,низкий текущий вторичный бок через некоторые физические барьерыДетали изоляционного барьера и способ передачи мощности, сигналов или обоих через изоляционный барьер зависят от типа изолятора.
Оптокуплер использует светодиоды для преобразования сигнала на первичной стороне из электрических импульсов в фотоны.или фотоэлектрические транзисторы эффекта поля принимают фотоны и преобразуют их в электрические сигналыВ дополнение к физической изоляции первичных и вторичных цепей, оптосцепки также могут автоматически устранять ненужный шум в выходном сигнале и предотвращать заземление петлей.
В магнитном соединителе напряжение на первичной обмотке трансформатора генерирует магнитное поле. Это магнитное поле генерирует индуцированное напряжение на вторичной обмотке,таким образом передавая электрические сигналы при сохранении электрической изоляцииТрансформаторы могут иметь две независимые обмотки на одном железном ядре, или они могут быть двумя индукторами, каждый с обмотками вокруг своего собственного железного ядра, разделенных изоляционным материалом.Причина, по которой дизайнеры выбирают магнитное соединение, заключается в том, что оно имеет высокую напряженность, относительно быстрое время отклика и способность фильтровать сигнал шума.и генерирование электромагнитных помех также следует рассмотреть.
В емкостном соединителе используется конденсатор, состоящий из двух электродов, разделенных диэлектрическим материалом.Это генерирует электрическое поле и вызывает напряжение на вторичном электродеКапацитивные соединители известны своим небольшим размером, низким потреблением энергии и быстрым реагированием на изменения входа.что делает их удобными и эффективными для передачи электрических сигналов через изоляционные воротаПроектировщики должны принять меры для защиты емкостных сцеплений от воздействия входного напряжения, влажности окружающей среды и диэлектрического сбоя, которые превышают их возможности.
Разверните цифровые изоляторы
Любой из вышеперечисленных типов изоляторов может быть интегрирован в цифровую систему изолятора на интегральной схеме (IC).Эти топологические структуры могут быть дополнительно интегрированы с модулями питания или компонентами передачи сигнала для формирования полной цифровой изоляционной системы на одном чипеОбщие топологические структуры цифровых изоляторных систем включают flyback, half bridge и push-pull.
Электрическое питание flyback использует магнитную форму изоляции, которая сочетает в себе шунтовый индуктор с конвертером бук-буста, чтобы построить трансформатор,тем самым увеличивая или уменьшая напряжение входа постоянного тока (DC), чтобы соответствовать требуемому выходу. Обратная связь преобразователя бук-буста обеспечивается трехступенчатой индукторной обмоткой или оптокуплером. Рекомендуется использовать обратные источники питания в приложениях с низкой мощностью,Но дизайнеры должны знать, что могут быть созданы ненужные EMI.
Дизайн полумоста (H-моста) включает в себя генератор квадратных волн H-моста, резонансную схему, состоящую из двух индукторов и одного конденсатора (LLC),и два выпрямителя, которые могут обеспечить требуемое выходное напряжение постоянного токаПо сравнению с некоторыми конструкциями, выпрямители могут достигать более высокой выходной мощности, и рекомендуется использовать конструкцию изоляции H-моста для средних мощностей.
Изолированный источник питания использует два трансформатора для магнитной сцепки. Два переключателя поочередно переключают трансформатор для приема входного напряжения.Два диода полного моста на вторичной стороне могут предсказывать изменения напряжения и регулировать их на симметричные выходы.
Для улучшения управления конструкторы могут добавить драйверы трансформатора к устройству толчка-вытяжки.и логический контроллер для координации открытия и закрытия переключателей в режиме BBMЭтот режим может генерировать относительно постоянный выходный сигнал, защищая внутренние и нижние компоненты от повреждений, вызванных одновременным подключением двух коммутаторов.
Системы с драйверами трансформаторов также могут использовать линейные регуляторы с низким отказом (LDO) для управления выходом, заменяя диоды выпрямителя или улучшая их функциональность.Разница напряжения - это минимальная разница между входным напряжением и выходным напряжениемВ LDO эта разница чрезвычайно мала, обеспечивая надежную работу в широком диапазоне входного напряжения.