Изоляторы с трансформаторной связью

February 4, 2011 by admin Комментировать »

Цифровые изоляторы, выполненные на трансформаторах, производит компания Analog Devices. В 2001 году фирма выпустила первый одноканаль- ный цифровой изолятор ADuM1100 по технологии /Coupler для высокопроизводительных промышленных систем, который обеспечил значительные преимущества по сравнению с оптопарой по таким параметрам, как энергопотребление и производительность. ИС ADuM1100 используется в промышленном производстве в первую очередь для высокоскоростных или маломощных устройств.

В настоящее время фирма Analog Devices выпускает цифровые изоляторы iCoupler, содержащие от одного до четырех каналов передачи сигналов. Каждый канал цифрового изолятора iCoupler состоит из двух блоков: передающего и приёмного (рис. 5.7). Входной цифровой сигнал через формирователь- кодер подаётся на передающую высокодобротную катушку, расположенную

Рис. 5.7. Конструкция изолятора iCouple

Запатентованный алгоритм кодирования-декодирования сигналов гарантирует, что выходной сигнал с высокой точностью повторит входной сигнал без ограничения частоты сигнала в низкочастотной области, вплоть до постоянной составляющей. Вся система кодирования, передачи и восстановления сигналов обеспечивает электрическую прочность изоляции 2500 В или 5000 В действующего (среднеквадратического) значения напряжения переменного тока. Кроме того, электромагнитная энергия полностью ограничивается областью двух катушек трансформатора, поэтому несколько каналов iCoupler могут быть объединены в одном корпусе без интермодуляционных помех (помех от соседних каналов).

В отличие от большинства оптопар, изоляторы с трансформаторной связью не требуют дополнительных компонентов кроме обычного фильтрующего конденсатора на шине питания. Изолятор имеет независимое питание передающей и приёмной частей, тем самым позволяя преобразовывать уровни сигналов. Например, на одну часть микросхемы можно подавать напряжение питания 3.3 В, а на другую – 5 В.

над приёмной катушкой. Кроме катушки, приёмник данных содержит декодер-формирователь выходной последовательности данных.

Многоканальные изоляторы iCoupler имеют различные варианты исполнения с прямым и обратным направлениями передачи в отдельных каналах и перекрывают все возможные конфигурации направлений связи. В примерах реализации на рис. 5.8. – рис. 5.10 левая и правая части микросхем не имеют непосредственных гальванических связей, каждая из этих частей изоляторов содержит собственные цепи питания. Передача сигналов производится по 4 независимым каналам, направление передачи зависит от выбранного распределения функциональных узлов в структуре изоляторов. В микросхеме ADuM2400 все 4 канала передают сигналы в одном направлении, в микросхеме ADuM2401 – 3 канала одного направления и 1 канал обратного направления, в микросхеме ADuM2401 каналы между разными направлениями разделены поровну.

В табл. 5.7 приведен перечень изоляторов iCoupler, выпускаемых фирмой Analog Devices. Различные модификации изоляторов отличаются количеством каналов передачи, направлениями передачи в многоканальных структурах, максимальной скоростью передачи сигналов и величиной задержки сигналов.

Рис. 5.8. Функциональная схема ADuM2400

Рис. 5.9. Функциональная схема ADuM2401

 

Рис. 5.10. Функциональная схема ADuM2402

 

 

 

Семейство

Тип

Количество каналов

Конфигурация*

Напряжение изоляции (кВ)

Макс. скорость (Мбит/с)

Макс. задержка сигнала (нс)

Макс рабочая температура. (°C)

Тип корпуса

ADuM130x

ADuM1300ARW

3

3/0

2.5

1

100

105

16-Lead Wide Body SOIC

ADuM1300BRW

3

3/0

2.5

10

50

105

16-Lead Wide Body SOIC

ADuM1300CRW

3

3/0

2.5

90

32

105

16-Lead Wide Body SOIC

ADuM1301ARW

3

2/1

2.5

1

100

105

16-Lead Wide Body SOIC

ADuM1301BRW

3

2/1

2.5

10

50

105

16-Lead Wide Body SOIC

ADuM1301CRW

3

2/1

2.5

90

32

105

16-Lead Wide Body SOIC

о

ADuM1400ARW

4

4/0

2.5

1

100

105

16-Lead Wide Body SOIC

ADuM1400BRW

4

4/0

2.5

10

50

105

16-Lead Wide Body SOIC

ADuM1400CRW

4

4/0

2.5

90

32

105

16-Lead Wide Body SOIC

Семейство

Тип

Количество каналов

Конфигурация*

Напряжение изоляции (кВ)

Макс. скорость (Мбит/с)

Макс. задержка сигнала (нс)

Макс рабочая температура. (°C)

Тип корпуса

о

ADuM1401ARW

4

3/1

2.5

1

100

105

16-Lead Wide Body SOIC

ADuM1401BRW

4

3/1

2.5

10

50

105

16-Lead Wide Body SOIC

ADuM1401CRW

4

3/1

2.5

90

32

105

16-Lead Wide Body SOIC

ADuM1402ARW

4

2/2

2.5

1

100

105

16-Lead Wide Body SOIC

ADuM1402BRW

4

2/2

2.5

10

50

105

16-Lead Wide Body SOIC

ADuM1402CRW

4

2/2

2.5

90

32

105

16-Lead Wide Body SOIC

ADuM240x

ADuM2400ARW

4

4/0

5.0

1

100

105

16-Lead Wide Body SOIC

ADuM2400BRW

4

4/0

5.0

10

50

105

16-Lead Wide Body SOIC

ADuM2400CRW

4

4/0

5.0

90

32

105

16-Lead Wide Body SOIC

ADuM2401ARW

4

3/1

5.0

1

100

105

16-Lead Wide Body SOIC

Семейство

Тип

Количество каналов

Конфигурация*

Напряжение изоляции (кВ)

Макс. скорость (Мбит/с)

Макс. задержка сигнала (нс)

Макс рабочая температура. (°C)

Тип корпуса

 

 

 

 

 

 

 

 

16-Lead

 

ADuM2401BRW

4

3/1

5.0

10

50

105

Wide Body SOIC

 

 

 

 

 

 

 

 

16-Lead

 

ADuM2401CRW

4

3/1

5.0

90

32

105

Wide Body

 

 

 

 

 

 

 

 

SOIC

4 2

 

 

 

 

 

 

 

16-Lead

ADuM2402ARW

4

2/2

5.0

1

100

105

Wide Body

Q

 

 

 

 

 

 

 

SOIC

 

 

 

 

 

 

 

16-Lead

 

ADuM2402BRW

4

2/2

5.0

10

50

105

Wide Body SOIC

 

 

 

 

 

 

 

 

16-Lead

 

ADuM2402CRW

4

2/2

5.0

90

32

105

Wide Body SOIC

Примечание: Конфигурация* каналов указывает направление передачи каналов. Например, 3/1 указывает, что 3 канала передают сигнал в одном направлении и 1 канал во встречном направлении.

В промышленности широко используются интерфейсы стандартов RS- 232, RS-485 и RS-422. Учитывая популярность интерфейса RS-485, Analog Devices начала изготавливать изолированные приемопередатчики для этого интерфейса ADM2483/2486 (рис. 5.11). В этих приемопередатчиках выходные сигнальные цепи (А и В на рис. 5.11) подключены к входным цепям через изолирующие трансформаторы. Гальваническая изоляция обеспечивается и для сигналов данных (TxD, RxD), и для сигналов управления приемопередатчиков (DE, RE). Питание электрически изолированных компонентов приемопередатчиков должно производиться независимыми источниками питания (VDD1, VDD2). Основные параметры этих устройств приведены в табл. 5.8.

Рис. 5.11. Функциональная схема изолированного трансивера RS-485

ADM2483

 

Таблица 5.8

Тип

FD/HD

Скорость (Мбит/с)

Напряжение изоляции (В)

Диапазон температур (оС)

Корпус

ADM2483

HD

0,5

2500

-40 to +85

16 Wide SO

ADM2486

HD

20

2500

-40 to +85

16 Wide SO

Как отмечалось ранее, питание каждой части микросхемы должно осуществляться от независимого и изолированного источника питания. Его можно реализовать, например, по схеме, предлагаемой Analog Devices в документации на ADM2483 и приведенной на рис. 5.12. Напряжение питания для левой части приемопередатчика и преобразователя напряжения – общее (Vcc). Преобразователь напряжения формирует дополнительное питающее напряжение VDD2, гальванически изолированное от Vcc.

ON

Рис. 5.12. Схема изолированного источника напряжения для ADM2483

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное (DC-DC преобразователь) состоит из следующих функциональных блоков:

•                        RC-мультивибратора, выполненного на компараторе с гистерезисом 74HC14, конденсаторе емкостью 10nF и резисторе сопротивлением 3.9 кОм;

•                        формирователя управляющих импульсов ключей, выполненного на D-триггере 74HC74A в счетном режиме, формирующем две последовательности импульсов со сдвигом друг относительно друга на 180 градусов;

•                        электронных ключей BS107A;

•                        трансформатора;

•                        выпрямителя c фильтром на конденсаторе 22 uF;

•                        стабилизатора напряжения, выполненного на ИС ADP667.

В медицинских диагностических комплексах достаточно часто возникает задача съема потенциала с кожи человека. Для этих целей применяют прецизионные инструментальные усилители и высокоточные АЦП. При этом для защиты человека от опасных воздействий внешних источников напряжений и токов измерительная часть прибора должна быть гальванически изолирована. В конце 2004 года на сайте компании Analog Devices появилась предварительная информация о новом изделии фирмы – изолированном Sigma-Delta ADC AD7400/7401 (рис. 5.13). Параметры АЦП приведены в табл. 5.9. Этот АЦП, например, можно использовать совместно с датчиками тока и напряжения в инверторах напряжения и преобразователях частоты.

Таблица 5.9

Тип

Разрешение (Бит)

Производительность (млн./с)

Напряжение изоляции (кВ)

Тактовый генератор

Интерфейс

Потребление (мВт)

Напряжение питания (В)

Корпус

AD7400

16

10

3.75

Внутр.

SPI

90

5

16-Pin SOIC

AD7401

16

18

3.75

Внешн.

SPI

90

5

16-Pin SOIC

 

к» 00

Рис. 5.13. Функциональная схема АЦП AD7400

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты