Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Anatomia cyfrowego izolatora.

ghost666 22 Mar 2012 10:26 2326 0
  • Anatomia cyfrowego izolatora.
    W przemyśle elektronicznym układy izolacji galwanicznej znane są od dawna. Stosuje się je w sterownikach przemysłowych, sprzęcie medycznym itd. Wybór izolatora do niedawna był bardzo ograniczony. W zasadzie jedynym sensownym wyborem, którego dokonać mógł projektant była izolacja oparta o transoptor. Dzisiaj uległo to zmianie, cyfrowe izolatory produkowane są w różnych technologiach, co zapewnia dostosowanie parametrów - rozmiaru, napięcia izolacji, zużycia mocy, kosztów itp - do wymagań urządzenia w którym aplikuje się układ. Zrozumienie jak trzy podstawowe parametry izolatora galwanicznego są od siebie zależne, pozwala dobrać układ do wymagań własnej aplikacji. Parametry te to materiał izolacji, struktura układu i metoda transmisji danych.

    Materiał izolujący

    Cyfrowe izolatory sygnału produkowane są w technologii CMOS. Wykorzystywanie niestandardowych materiałów utrudnia produkcję i zwiększa jej koszt. Jako materiał izolujący wykorzystuje się najczęściej krzemionkę (SiO2) lub poliimid (PI). Oba te materiały mają bardzo dobre właściwości izolujące i używane są jako izolatory w przemyśle półprzewodnikowym.

    Standardy bezpieczeństwa definiują dwa napięcia - jedno które izolator ma przetrzymać przez 1 minutę (od 2,5kV do 5kV) i napięcie pracy, które cały czas przyłożone jest do układu (od 125V do 400V). Czasami wymagana jest odporność na jeszcze większe napięcia w krótszym czasie, np. 10 kV impuls trwający 50 μs.

    Izolatory polimerowe zapewniają najlepszą izolację, do 7,5kV. Izolacja krzemionkowa zapewnia tylko 5kV izolacji galwanicznej, co ogranicza ich stosowanie w niektórych aplikacjach. Grubość warstwy izolującej może być dostosowywana do potrzeb, jednakże to także ma swoje ograniczenia. Warstwa krzemionki nie może być grubsza niż 15µm, a polimerowa może posiadać grubość nawet 26µm.

    Struktura izolatora

    Izolatory używają transformatorów lub kondensatorów jako elementów izolujących. Sprzęgnięcie może być magnetyczne lub pojemnościowe (optoizolatory wykorzystują sprzężenie optyczne). Transformatory wykorzystują impulsy w cewce do wygenerowania prądu po drugiej stronie bariery. Impulsy te są bardzo krótkie, rzędu 1ns, co powoduje że średnie zużycie prądu jest niewielkie. Transformatory mają także zaletę w postaci wyjścia i wejścia różnicowego. Są one niezmiernie odporne na szybko narastające zakłócenia, nawet do 100 kV/μs (w porównania optoizolatory do 15 kV/μs). Jako że sprzężenie magnetyczne w transformatorze nie zależy mocno od odległości cewek to warstwa izolująca może być grubsza.
    Sprzężenie pojemnościowe nie jest różnicowe, ale można to kompensować z pomocą dwóch, a nie jednego kondensatora. Takie pary charakteryzują się większą od transformatorów objętością i kosztem, przy podobnych parametrach. Zaletą układów z sprzężeniem pojemnościowym jest jednakże ekstremalnie niski prąd, co pozwala na wysoką prędkość, ale jest to zauważalne dopiero powyżej prędkości transmisji powyżej 25Mbps.

    Architektura transmisji

    Optoizolatory wykorzystują impulsy świetlne do transmisji danych przez barierę izolacyjną. LED włącza się dla stanu wysokiego i wyłącza dla stanu niskiego. Przez taką architekturę zużycie mocy jest znaczne - zawsze gdy jest stan wysoki zapalona jest dioda LED. W dodatku kondycjonowanie sygnału pozostawione jest zewnętrznym układom, co nie zawsze jest proste w wykonaniu. Izolatory cyfrowe używają znacznie bardziej skomplikowanych algorytmów kodowania sygnału, co pozwala na szybszą transmisję oraz obsługę interfejsów dwukierunkowych.

    Jedną z metod kodowania sygnału jest wysyłanie informacji o zboczach. Impulsy takie pozwalają przenieść równie szybko informacje a zmniejszają zużycie mocy do dwóch rzędów wielkości. Drugą metodą jest modulowanie sygnału sygnałem o częstotliwości radiowej, jednakże taki sposób transmisji nie zmniejsza zużycia prądu. Aplikacje różnicowe mogą także być wykorzystane do zminimalizowania stałego napięcia.
    Źródła:
    http://www.analog.com/static/imported-files/tech_articles/MS-2234.pdf


    Fajne!