利用隔離放大器實現(xiàn)模擬信號隔離的幾個設(shè)計原則

時間：2021-04-30作者：深圳市順源科技有限公司瀏覽：154

在電機和電子設(shè)計中經(jīng)常需要對模擬信號進行隔離。模擬信號可以承載代表電壓、電流、溫度、壓力、位置和流量等物理世界的信息，這些模擬信號通常必須在具有較大電平差，或者模塊接地面間具有感應(yīng)電氣噪聲的場合，由一個電路模塊傳送到另一個。這些常見的電路問題可能會影響數(shù)據(jù)的精確性、破壞測量系統(tǒng)，甚至于威脅到使用者的安全。

隔離放大器提供了一個可以解決這些問題的簡單且高性價比的方案。這個方案通過采用Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器和光電耦合技術(shù)，在電氣隔離屏障后精確地重建輸入信號。采用微型化可自動插入封裝供貨，使用這些隔離放大器進行設(shè)計就如同將信號連接到輸入并**隔離后輸出一樣簡單。

部分使用隔離放大器的應(yīng)用包括模數(shù)轉(zhuǎn)換接口、熱電偶和轉(zhuǎn)換器等感應(yīng)電路、病患監(jiān)測設(shè)備、電機速度和位置測量電路、音頻和視頻放大器，以及電源供應(yīng)器中的電壓反饋等。圖2顯示了隔離放大器應(yīng)用在電機控制系統(tǒng)中作為電流傳感器的典型應(yīng)用，基于這個電路，我們將討論幾個“應(yīng)該和不應(yīng)該”的做法，幫助大家利用隔離放大器輕松實現(xiàn)模擬信號隔離設(shè)計。




電源供電應(yīng)該為隔離放大器VDD1和VDD2提供獨立電源 在圖2的電路中，來自于高壓(或高電位)端的信號必須和低壓(低電位)端隔離，同樣的VDD1和VDD2電源也一樣需要隔離。在這個例子中，高電壓端電源VDD1可以由推動高電壓端功率晶體管的電源供應(yīng)器**，而在低電壓端，VDD2則可以連接到通常會和交流市電隔離的控制器電源。同樣的，GND1和GND2也應(yīng)該各自獨立?！　〔粦?yīng)該忽略VDD1和VDD2的旁路電容 ACPL-C78X使用Sigma-Delta過采樣技術(shù)將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為可以通過光學(xué)屏障傳送的高速位流，在輸出端，這個位流再通過模擬濾波器過濾并重建輸入信號。需要旁路電容的主要原因在于隔離放大器中信號的高速數(shù)字特性。在印刷電路板上，旁路電容C1和C3必須盡可能地接近各自的隔離放大器引腳。　　注應(yīng)該意電源接腳上的電壓瞬變 電源連接線上過大的電壓瞬變可能造成電氣過載情況下器件的損壞，電源引腳上的浪涌也可能會觸發(fā)器件進入鎖定(latch-up)狀態(tài)。除了在電源引腳上連接旁路電容外，也可以通過其他方式來減輕電源上的噪聲和紋波，例如在穩(wěn)壓器的輸入上串接一個電阻或電感，就可以和穩(wěn)壓器的輸入旁路電容形成一個低通濾波器來減輕紋波。連接輸入端應(yīng)該在輸入端加入RC抗混疊濾波器 在輸入端加入抗混疊濾波器，如圖2中由R2和C2所構(gòu)成的RC低通濾波器，可以避免高頻噪聲混疊到較低頻率，造成輸入信號的干擾。RC低通濾波器也在可靠性上扮演了非常重要的角色，它可以有效減輕靜電放電和電氣過載時流經(jīng)隔離放大器輸入電路的瞬變浪涌。

應(yīng)該采用差動輸入模式以**較佳共模噪聲抑制能力 在圖2中，ACPL-C78X采用了單端輸入方式連接。由于該隔離放大器擁有全差分式輸入結(jié)構(gòu)，因此建議使用差分輸入連接方式，如圖3中的平衡輸入模式來**較好的性能。兩根引腳上信號取樣時的開關(guān)動作所帶來的輸入電流會在濾波器電阻上**平衡并且相互抵消，感應(yīng)到其中任何一根引腳上的噪聲會通過電容C耦合到另一根而形成共模噪聲，隔離放大器對此共模噪聲加以抑制從而防止其對輸出信號造成干擾。RA和RB的典型值為22Ω，C則為10nF。

在高噪聲應(yīng)用中使用隔離放大器應(yīng)該注意閂鎖效應(yīng) CMOS器件的閂鎖效應(yīng)風(fēng)險必須要仔細考慮，特別是直接連接到易受經(jīng)常出現(xiàn)瞬變噪聲影響的信號源時。ACPL-C78X的模擬輸入結(jié)構(gòu)在設(shè)計上考慮了經(jīng)常發(fā)生在高噪聲應(yīng)用環(huán)境，例如電機驅(qū)動設(shè)備和其他電源逆變系統(tǒng)中的瞬變和浪涌，其它可能在輸入上造成電壓瞬變的場合包括短路和過載。ACPL-C78X經(jīng)過-2V到6V的直流電壓測試，加上高達-6V的瞬變電壓兩秒鐘，并未發(fā)生閂鎖反應(yīng)或器件受損的情況?！　?yīng)該檢查VIN+和VIN-到GND1接地的輸入共模電壓 隔離放大器的差模輸入采用全差分開關(guān)電容電路實現(xiàn)。與使用具備差分式輸入的隔離放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器類似，設(shè)計工程師必須了解通常會在數(shù)據(jù)手冊中標(biāo)明的輸入共模電壓。舉例來說，ACPL-C78X的產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊就標(biāo)明VIN+和VIN-的工作輸入電壓限制為±2V，**過這個限制就可能會損害增益和系統(tǒng)的性能。隔離不應(yīng)該混淆隔離電壓和工作電壓 在設(shè)計模擬信號隔離電路時，設(shè)計工程師必須考慮到隔離放大器的隔離電壓和連續(xù)工作電壓，以確保產(chǎn)品符合相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)。隔離電壓代表了在輸入和輸出上可以短暫承受的電壓大小，依UL 1577標(biāo)準(zhǔn)，Avago的每一個隔離放大器都通過加上大于或等于1.2倍額定電壓一秒鐘進行驗證和安全性測試，泄漏電流? 5μA，例如通過5000Vrms驗證的ACPL-C78A在批量生產(chǎn)測試中，每個器件都以≥6000Vrms進行一秒鐘測試。隔離電壓是一個不應(yīng)該被視為輸入輸出連續(xù)電壓的絕緣電壓規(guī)格。　　工作電壓則是系統(tǒng)保證可以持續(xù)安全工作而不會傷害隔離屏障的較高電壓值，依IEC/EN/DIN EN 60747-5-2，ACPL-C78X系列的較高工作絕緣電壓為1140Vpeak，并且可以在806Vrms下連續(xù)工作。如果需要1000Vrms的工作電壓，那么可以使用HCNR201，如果891Vpeak就可以滿足設(shè)計要求，HCPL-7800A也可以是一個選擇。HCNR201和HCPL-7800A都是安華高科技公司所提供的高線性模擬光電耦合器產(chǎn)品。





深圳市順源科技有限公司專注于隔離放大器,信號變送器,數(shù)據(jù)采集器等

• 詞條

  詞條說明

• 利用隔離放大器實現(xiàn)模擬信號隔離的幾個設(shè)計原則

  在電機和電子設(shè)計中經(jīng)常需要對模擬信號進行隔離。模擬信號可以承載代表電壓、電流、溫度、壓力、位置和流量等物理世界的信息，這些模擬信號通常必須在具有較大電平差，或者模塊接地面間具有感應(yīng)電氣噪聲的場合，由一個電路模塊傳送到另一個。這些常見的電路問題可能會影響數(shù)據(jù)的精確性、破壞測量系統(tǒng)，甚至于威脅到使用者的安全。隔離放大器提供了一個可以解決這些問題的簡單且高性價比的方案。這個方案通過采用Sigma-Del