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

Siedem zasadniczych pytań dotyczących projektowania izolacji galwanicznej

ghost666 30 Maj 2019 10:19 1695 0
  • Poszukujesz informacji na temat cyfrowych izolatorów? Inżynierowie z Texas Instruments skompilowali najczęściej zadawane pytania dotyczące projektowania systemów z cyfrowymi izolatorami galwanicznymi. Mamy nadzieję, że poniższy artykuł zapewni wartościowe informacje, przydatne do samodzielnego projektowania tego rodzaju systemów.

    1. Jaka jest różnica pomiędzy podstawową a wzmocnioną izolacją galwaniczną?

    Podstawowe izolatory cyfrowe muszą przejść szereg testów na zgodność ze standardami dla komponentów elektronicznych, takimi jak normy Deutsches Institut für Normung (DIN) V Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (VDE) np. numer V 0884-11. Norma DIN V VDE V 0884-11 określa różne poziomy napięć, które może wytrzymać izolator elektroniczny. Opisuje ona parametry, takie jak maksymalne napięcie izolacji przepięciowej (VIOSM), maksymalne przejściowe napięcie izolacji (VOITM) i maksymalne powtarzalne szczytowe napięcie izolacji (VIORM).

    Parametry te opisano np. w dokumencie „Izolacja wzmocniona dla wysokiego napięcia: definicje i metodologie testowania”. Wzmocnione izolatory cyfrowe, oprócz opisanych powyżej testów, muszą przejść także minimalny poziom testu napięcia udarowego równego 10 000 Vpeak.

    2. Czy można zasilać stronę pierwotną i wtórną izolatora galwanicznego różnymi napięciami?

    Tak. Izolatory cyfrowe mogą być zasilane różnymi napięciem, mieszczącymi się w zalecanych warunkach pracy dla układu, po obu stronach urządzenia. Ponieważ bariera izolacyjna oddziela galwanicznie obie strony od siebie, każda strona może być zasilana niezależnie dowolnym napięciem, które oczywiście musi mieścić się w zalecanych warunkach pracy zawartych w karcie katalogowej układu. Na przykład możliwe jest podanie na pin VCC1 układu ISO7721 napięcia 3,3 V (co mieści się w zakresie od 2,25 V do 5,5 V dla układu ISO7721 ), a na VCC2 podać 5 V (co również mieści się w zakresie od 2,25 V do 5,5 V). W ten sposób można użyć izolatora cyfrowego również jako translatora poziomów logicznych, oprócz zapewnienia izolacji. Dwie strony izolatora są od siebie zupełnie niezależne.

    3. Czy napięcie pracy izolatora może być inne niż wykorzystywane przy nim napięcie zasilania?

    Nie. Napięcia wejściowe/wyjściowe izolatorów cyfrowych zależą od zastosowanego napięcia zasilania. Stąd, aby izolator cyfrowy był kompatybilny z urządzeniami, z którymi ma się łączyć, najlepiej jest utrzymywać napięcia sygnałowe na podobnych poziomach co napięcia zasilania izolatora. Na przykład, gdy ISO7721 jest zasilany napięciem 5 V i połączony z mikrokontrolerem, ważne jest, aby sygnały mikrokontrolera również działały również na poziomach logicznych 5 V.

    4. Jaki jest domyślny stan logiczny izolatora cyfrowego, na który nie podano sygnału wejściowego?

    Gdy dany kanał wejściowy izolatora cyfrowego nie jest zasilany lub gdy jego wejście pozostawiono pływające, jego odpowiedni pin wyjściowy przyjmuje wstępnie zdefiniowany stan (zwany stanem domyślnym lub stanem awaryjnym), który może być niski lub wysoki w zależności od wybranego urządzenia. Przyrostek F w numerze części urządzenia wskazuje domyślny stan niski kanałów wyjściowych izolatora. Na przykład brak F w oznaczeniu ISO7721DWR wskazuje, że stan domyślny tego urządzenia jest wysoki. Podobnie F w ISO7721FDWR wskazuje, że stan domyślny dla tego układu to stan niski.

    5. Czy można pozostawić nieużywane piny cyfrowego izolatora galwanicznego wiszące?

    Nie. Piny wejściowe nieużywanych kanałów izolatora cyfrowego mogą wisieć podczas testów czy prototypowania, ale urządzenia produkcyjne muszą mieć piny wejściowe w stanie ustalonym, inaczej urządzenie może być mniej odporne na zakłócenia.

    Wiszące piny wejściowe są szczególnie dużym problemem dla systemu, który badany jest na zgodność elektromagnetyczną/odporność na zakłócenia. Aby system był możliwie odporny na zakłócenia, należy skonfigurować kanały do stanu ustalonego, zależnego od konstrukcji konkretnego układu.

    Na przykład w przypadku izolatora ISO7721DWR, najlepiej jest podłączyć nieużywane wejścia do napięcia zasilania, na przykład przez opornik 4,7 kΩ. W przypadku układu ISO7721FDWR, nieużywane piny wejściowe najlepiej jest dołączyć do masy układu. Jeśli chodzi o piny wyjściowe, to najlepiej jest w przypadku obu układów pozostawić je niepodłączone.

    6. Jak oszacować zużycie mocy przez cyfrowy izolator galwaniczny

    Można oszacować zużycie energii izolatora cyfrowego na podstawie specyfikacji podanych w karcie katalogowej układu scalonego. Wystarczy znaleźć tabelę charakterystyki pobieranych prądów zasilania dla odpowiedniego napięcia zasilania (np. 2,5 V, 3,3 V, 5 V). W tabeli tej znaleźć trzeba następnie szybkość transmisji danych najbliższą prędkości sygnałów w aplikacji. Karta katalogowa będzie zawierała informacje o poborze prądu dla danej prędkości transmisji danych, jako oddzielną sumę dla każdej strony bariery izolacyjnej (ICC1 i ICC2). Dodanie tych dwóch prądów daje całkowity pobór prądu urządzenia w takich warunkach roboczych. Dzielenie go przez liczbę kanałów cyfrowego izolatora daje zużycie prądu na kanał. Niektóre arkusze danych osobno podają całkowity prąd zasilania także w przeliczeniu na kanał. Na przykład karta katalogowa układu ISO7041 pokazuje typowe zużycie prądu 4,2 µA w parametrze "całkowity prąd zasilania na kanał", który jest prądem ICC1 plus ICC2 dla jednego kanału.

    7. Jak dostarczyć zasilanie do strony wtórnej izolatora galwanicznego

    Istnieje szereg sposobów dostarczania energii do zasilania izolatora cyfrowego. To, który z nich jest najlepszy, zależy od konkretnej aplikacji i wymagań systemu.

    Jedną z opcji jest użycie sterownika transformatora, takiego jak SN6501 firmy Texas Instruments, który działa w konfiguracji push-pull z transformatorem i opcjonalnym prostownikiem redukującym spadek po stronie wtórnej (patrz rysunek 1). SN6501 jest w stanie dostarczyć nawet do 1,5 W, zapewniając izolowane zasilanie. To rozwiązanie ma największą elastyczność - sprawdzi się w prawie wszystkich zastosowaniach, ponieważ stosunek zwojów transformatora można dobierać do wymagań napięciowych, a sam transformator zapewnia niezbędny poziom izolacji galwanicznej dla zasilacza. Wykorzystać można też np. SN6505x zamiast SN6501, by uzyskać do 5 W mocy wyjściowej, jeśli potrzebne jest izolowane zasilanie dla dodatkowych urządzeń po stronie wtórnej układu. SN6505 ma dodatkowe funkcje zabezpieczające, takie jak wykrywanie przeciążenia i zwarć, wyłącznik termiczny, łagodny rozruch i regulacja prędkości narastania impulsów, co zapewnia bardzo solidne rozwiązanie.

    Siedem zasadniczych pytań dotyczących projektowania izolacji galwanicznej
    Rys.1. Izolowane źródło zasilania dla układu ISO7741z wykorzystaniem układu SN6501.


    Inną opcją dla aplikacji o ograniczonej wielkości jest rodzina układów scalonych ISOW78xx, w tym układ ISOW7841. Zapewnia on izolację galwaniczną sygnału i jak i linii zasilania w 16-pinowej obudowie o niewielkich rozmiarach. Połączenie to, przedstawione na rysunku 2, jest zwarte, nie wymaga wykorzystania dyskretnego transformatora i ułatwia certyfikację układu.

    Siedem zasadniczych pytań dotyczących projektowania izolacji galwanicznej
    Rys.2. Cyfrowy izolator z zintegrowanym zasilaniem i cyfrowym torem sygnałowym, zrealizowany na układzie ISOW7841.


    Jakie pytania pominęliśmy? Jeśli nie zajęliśmy się jakimiś istotnymi, z Waszego punktu widzenia, kwestiami dotyczącymi projektowania cyfrowych torów z izolacją galwaniczną, skomentujcie poniżej. Może chcecie też podzielić się swoimi doświadczeniami związanymi z projektowaniem tego rodzaju systemów?

    Źródło: http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2019/02/04/top-7-design-questions-about-digital-isolators

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • Zasilacze UPS