嵌入式系统的电气隔离 (9)

由此可以看出,输出电压与输入电压成线性关系,通过两个线性度非常近似的光电二极管,其中一个构成反馈的形式,来弥补光电二极管线性度差的缺点。以上的推导都是假定所有的电路都是工作在线性范围内的,通过合理的选型可以是设计的隔离电路具有非常好的线性度。

HCNR200/201可以用于隔离模拟信号,具有良好的稳定性、线性度、频带宽和低成本等特性。HCNR200/201具有非常灵活的特性,可设计相应的应用电路,能够在许多不同的模式下进行操作,包括:单极/双极、ac / dc和反向/正向。HCNR200/201很好的解决了许多模拟隔离问题。

HCNR200/201产品特点有非线性度高,数值为0.01%;HCNR200传递增益(IPD2 / IPD1•K3)为±15%,HCNR201的传递增益为±5%;增益温度系数为-65ppm /℃ ;带宽> 1兆赫;封装形式分为8引脚DIP和贴片两种,允许灵活的电路设计。

2. 基于电磁耦合技术的隔离放大器

AD202/AD204 是一种变压器耦合、微型封装的精密隔离放大器。它通过片内变压器耦合,对信号的输入和输出进行电气隔离。片内的直流电压变换电路能为输入级、外部传感器和信号处理电路提供±7.5V/2mA 的隔离电源,从而优化了外围电路的设计,提高了芯片的性价比。

AD20和AD204 的内部结构基本相同, 仅是某些电气参数和供电方式略有不同。AD202 是由+ 15V直流电源直接供电,AD204 是由外部时钟源供电。AD202/AD204 具有精度高、功耗低、共模性能好、体积小和价格低等特点。因此该芯片被广泛应用于多通道数据采集系统、电流短路测量、电机控制、信号的处理与隔离及低漂移输入放大器等方面。

AD202/AD204的功能框图如 所示。从图中看出,该芯片由放大器、调制器、解调器、整流和滤波、电源变换器等组成。工作时,+15V电源连到电源输入引脚31,使片内(AD202) 振荡器工作,从而产生频率为25kHz的载波信号,通过变压器耦合,经整流和滤波,在隔离输出部分形成电流2mA的±7.5V隔离电压。该电压除供给片内电源外,还可作为外围电路(如传感器、浮地信号调节、前置放大器)的电源。AD204电源是从33引脚用输入时钟提供。在输入电路中,片内独立放大器能够作为AD202/AD204 输入信号的缓冲或放大。放大后的信号经调制器调制后能把该信号变换成载波信号,经变压器送入同步解调器,以致在输出端重现输入信号。由于解调信号要经三阶滤波器滤波,从而使得输出信号中的噪声和纹波达到最小,为后级应用电路提供良好的激励源。

clip_image059

AD202/AD204可以很灵活的应用于各种模拟信号的隔离场合,图 给出了一种将4~20mA电流信号变换为隔离的0~10V输出电压的典型应用电路。4~ 20mA 输入电流通过250Ω的电阻加到AD202或AD204片内输入放大器的同相端后,在隔离放大器的输出端便能得到与电流成比例的电压1~5V。为了实现电平移位,必须在隔离放大器输出低端LO加-1V参考电压,以使比例输出电压为0~5V,该电压经外接同相比例放大器(741)放大后,才能获得0~10V输出电压,从而达到变换和隔离的目的。

clip_image061

ADI的AD202,能够提供从直流到几K的频率内提供0.025%的线性度,但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换,对产生的交流信号进行变压器隔离,然后进行频率-电压转换得到隔离效果。集成的隔离放大器内部电路复杂,体积大,成本高,不适合大规模应用。

1.1.5 嵌入式系统的电气隔离设计

许多硬件设计任务主要围绕如下方面展开:数/模转换器(DAC)、模/数转换器(ADC)、输入和输出信号调理、输入/输出模块的电气连线、控制器之间以及模块之间的隔离问题。各种传感器产生的数字信号都传送到一个中央控制器,进行处理和分析。为了保证用户接口端电压的安全性,同时防止瞬态尖峰的传输,需要实现电流隔离。对于传感器信号隔离,传统的模拟隔离方案(如隔离放大器AD202)成本太高,可以采用数字隔离方案——AMP→ADC→DigitalIsolate→MCU降低成本,如图5所示。

内容版权声明:除非注明,否则皆为本站原创文章。

转载注明出处:https://www.heiqu.com/zzzzgj.html