电源技能成长记
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#技术实例# 实用技术1“数字隔离器”

首先感谢各位粉丝朋友、网友以及电源网长期以来的支持。忽然发现自开通星球号已10个月有余,前期我分享了许多电力电子入门的知识,多数以仿真和理论知识为主。接下来,会逐渐分享一些实际应用的经验,这样做的目的是:一方面可以帮助初学者快速入门,另一方面可以记录总结,提高自身。当然,我也算是个初学者,与入行多年的前辈来说,我还在初级阶段(研究生在读),目前水平有限,所分享的内容只是个人的理解,可能不全面或者有误,还请大家多多包涵,并能直接在评论区留言或反馈于我

各位粉丝朋友的支持,就是我不断坚持的动力。觉得内容不错或对自己有帮助,希望大家可以多多分享、转发和收藏,这样就不会错过实用内容,也可以让更多人的初学者受益。

在这里计划开一个实用技术”专题,主要分享个人在使用器件过程中积累的经验、调试板子所遇到的问题、设计注意事项和软件仿真等内容。目前所有内容均由本人完成,可能会有疏忽之处,还请各位朋友见谅。


目录

0 数字隔离器概述

1 实战纪实

2 相关参考

3 专题推荐


0 数字隔离器概述

数字隔离器是电子系统中,数字信号和模拟信号进行传递时,使其且具有很高的电阻隔离特性,以实现电子系统与用户之间的隔离的一种芯片。按照实现方法可以分为:光隔离、磁隔离和电容隔离,但其功耗、速度、隔离电压等方面往往不能达到最优。

光电隔离:光耦合技术是在透明绝缘隔离层(例如:空气间隙)上的光传输,以达到隔离目的。光耦合器一般由三部分组成:光的发射、信号放大及光的接收。输入的电信号驱动LED,使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出。这就完成了电-光-电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。光耦合技术的主要优点是,光具有对外部电子或磁场内在的抗扰性,而且,光耦合技术允许使用恒定信息传输。光耦合器的缺点主要体现在速度限制、功耗以及LED老化上。

电容隔离:电容耦合技术是在隔离层上采用不断变化的电场传输信息。各电容器极板之间的材料是电介质隔离器,并形成隔离层。该极板尺寸、极板之间的间隔和电介质材料等都决定着电气性能。使用电容隔离层的优点是,在尺寸大小和能量传输方面的高效率,以及对磁场的抗扰度。电容耦合的缺点是,其没有差分信号和噪声,并且信号共用相同的传输通道。与变压器不同。这就要求信号频率要大大高于噪声预期频率,这样隔离层电容就呈现出信号的低阻抗,以及噪声的高阻抗。

电磁隔离:电感耦合技术使用两个线圈之间的变化磁场在一个隔离层上进行通信。最常见的例子就是变压器,其磁场大小取决于主级和次级绕组的线圈结构(匝数/单位长度)、磁芯的介电常数,以及电流振幅。显示了一款具有信号调节电路模块的变压器。电磁隔离技术的优点是,传输速度高,提供目前业界最高的数据传输速率(150 Mbps),可取代各种工业应用中的光耦合器、超低功耗、最低的抖动性能、优异的静电放电性能、最佳的瞬变抗干扰能力、最强的RF抗干扰能力、最低的射频电磁辐射。


1 实战纪实

谈起数字隔离器相信各位硬件工程师并不陌生,它主要应用于不同系统之间的电气信号隔离,就电源来说,主要用来隔离控制器系统和功率系统。前段时间一直在研究宽禁带器件驱动电路相关内容,于是我自己设计的驱动电路中应用到了数字隔离器。起初一直应用的是ISO7721DR数字隔离器,之后商城上无法直接购买到该器件,但是PCB已经设计好layout,没办法我就寻找替代器件,好不容易找到了一款替代器件CBMuB2100H。几天之后,器件集齐,调试过程确卡在了光耦隔离这一块儿(真是让人想象不到)。

下面我来描述一下所遇见的问题:我用DSP发出高频PWM脉冲信号,经数字隔离器输出,就在我测试好隔离电路,接着把后面的驱动电路焊接完毕,开始调试时,突然发现数字隔离器二次侧电源VCC和GND短路了(毫无征兆的情况下击穿了,是不是很离奇)。用之前的芯片从来没遇见过,真是十分不解,中间经多了次实验,烧坏了不少隔离芯片(经验都是金钱买的,实践出真知一点都不假),经过我不懈的努力,大概确定了问题的原因,这让我对数字隔离器有了新的认识,以前只是用器件,只要电路正常就没有过多追究。在解决问题器件我也咨询了原厂的技术人员张工和文老师(“Aladdin阿拉丁”的作者),在这里对他们的耐心解答表示感谢,同时,我也学习到了不少知识。

找出现问题的原因真是一个枯燥的过程,但问题的原因找到后也会非常喜悦,前面的过程就不再那么枯燥。最初我以为是layout的问题,经过仔细检查排除这种可能,接下来我以为是器件的问题,但是电路可以正常工作,只是反复几次才出问题;那么,难道是电源的问题,经过排查电源的问题排除,那到是我PCB走线的影响?结果我换上了CA-IS3720器件,经过测试发现PCB layout没有问题可以正常工作。那么这问题究竟出现在哪里呢?很是奇怪,那么下面通过测试结果来分析判断吧。

以下测试点均为数字隔离器的信号输出引脚结果,测试过程除器件外所有条件一致。

(1)CA-SI3720HS测试波形

图1 正常工作输出引脚波形

 图2 二次侧掉电过程波形

(2)CBMuD1200H测试波形

图3 正常工作输出引脚波形

  图4 二次侧掉电过程波形

并且最后我也测试了ISO7721DR的输出结果,它与CA-SI3720HS相同,这里就不再赘述。

通过分析我觉得器件击穿的主要原因是,掉电瞬间,引脚的电压增加将器件击穿。其他的可能已完全排除。那么问题来了,为什么有器件关断电压有个缓慢上升在下降的过程,而有的器件确是直接由电源VCC降至零。这是问什么呢?这几款器件应该都是采用电容隔离技术实现。但是差距为啥这么大。不知有朋友怎么看?也欢迎大家发表自己的看法?


2 相关参考

[1] 数字隔离器 EEPW百科

[2] CBMuD1200H数据手册

[3] ISO7721DR数据手册

[4] CA-IS3720HS数据手册


3 专题推荐

从零玩转LLC电源设计专题(点击链接即可阅读全文)

本专题为原创内容,记录了本人入门电源的第一个作品,虽说文章内容不是最优秀的,但个人觉得对想学习的朋友来说是个很好的参考,毕竟全网也找不到这样全面的免费资料。该主要讲述了LLC电源的工作原理、设计方法、理论公式推导方法、建模和样机设计等。内容可以说很全面。推荐给想学习LLC电源的朋友参考,也欢迎读者在对应章节进行讨论,或分享、转发。


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  • reality_1102 2023-08-31 23:14
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  • 星球居民-buuWGjmg 2021-09-01 14:42
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  • wrybfq 2021-08-15 20:08
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  • KELIU 2021-08-13 20:02
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  • apaqi0 2021-07-25 22:21
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  • Tonydun 2021-07-14 00:14
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  • wks123 2021-07-10 17:38
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