isoPower

ADuM5020无需设计和构建隔离式500mW DC/DC转换器。ADuM5020通过带铁氧体的2层印刷电路板，提供全负载下远低于CISPR22/EN55022 B类限制的隔离电源。

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ADuM5020无需设计和构建隔离的500mW DC-DC转换器。在带有铁氧体的双层印刷电路板上满载时，ADuM5020提供的隔离电源远低于CISPR22 / EN55022 B类限值。

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<strong>工业隔离状态简介</strong>

由于严格的稳定性要求，通道间隔离是许多应用(如天然气和石油工厂及发电厂)中模拟输入模块的常见需求。尤其对于热电偶/热电阻模块而言更是如此，它们的小信号易受噪声的影响且裸露检测元件可能接触到高共模电压。本文将概述用于模拟输入模块的易设计型高密度通道间隔离解决方案。随附的测
试结果表明，16通道、2.5 kV rms通道间隔离演示板可轻松通过EN55022 class B测试标准要求。

<strong>隔离拓扑和通道间隔离设计挑战</strong>

通常，过程控制输入采用组隔离或通道间隔离，参见图1。对于组隔离，多个输入通道组合在一起以共用一个隔离栅，包括电源隔离和信号隔离。与通道间隔离相比，这样可以节省成本，但限制了组内通道间的共模耐压差别，这意味着应尽量将这些通道全部放在同一区域中。通道间隔离(如图1右侧所示)总
方案编号：APM_PLC-AI_2016用于高端TC/RTD模块的16通道间隔离型模拟输入解决方案是有利于改进稳定性。话虽如此，每通道却需要更高的成本，因此工厂设计人员应仔细评估这一权衡。

关于通道与通道间隔离设计，主要的设计挑战是什么？

<strong>作者：Mark Cantrell</strong>

利用序列光耦合器建立双隔离栅会存在一些问题，因为数据完整性很差，而且没有一种紧凑和廉价的方式为两个隔离栅之间的接口提供电源。随着iCoupler®等高性能数字隔离器以及isoPower®器件集成电源的问世，通过分层隔离器建立高压隔离栅现在已经成为一种可行解决方案。

由于新型电池和发电产业的快速扩张，我们需要具有很高工作电压的接口，还要求提供加强绝缘。例如，太阳能逆变器应用具有以下要求：

• 800 VDC的工作电压
• 2级污染等级
• 过压类别III

根据IEC 62109-1标准的有关加强绝缘的规定，这需要：

• 脉冲耐受6000 VPEAK电压
• 800 VDC的工作电压
• 8 mm的增强电气间隙
• 16 mm的增强爬电距离

此爬电距离在当前封装中不可能实现。但是，如果隔离栅可以分成基本隔离栅和补充隔离栅，则对每个隔离栅的要求是：

• 脉冲耐受6000 VPEAK电压
• 800 VDC的工作电压
• 5.5 mm的基本/补充电气间隙
• 8 mm的基本/补充爬电距离

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<strong>Conal Watterson 应用工程师，ADI公司</strong>
<strong>简介</strong>

作为外围设备串行通信的标准，USB目前被广泛使用。不过，许多情况下工业设备仍依赖旧的RS-232标准进行调试或主从连接。为了通过差分通信增加鲁棒性，RS-422或RS-485也已广泛使用，RS-485仍是各种有线多节点工业网络或现场总线协议使用的物理层标准。因此，用于调试或监控的工具可用接口之间可存在失配，例如仅具有用于串行通信的USB的笔记本电脑，以及可能仅暴露RS-232、RS-422或RS-485接口的工业设备。除任何USB至UART转换所需的硬件接口外，对于测试或监控设备以及工业设备（可能很常用于恶劣的电气环境下）之间的任何接口电路，电流隔离是功能及潜在安全性要求。ADI公司接口、iCoupler®和isoPower®隔离技术的组合在各种IC中集成后，可实现USB与传统工业接口之间的轻松桥接解决方案。

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需要隔离数据的设计往往也需要隔离电源。iCoupler数字隔离器技术不仅能取代光耦合器，起到隔离数据的作用，同时也能用来在单个封装中创建隔离式DC-DC转换器，我们称之为isoPower。

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许多传感器接口应用要求信号和电源隔离。为了运行模数转换器(ADC)、提供传感器偏置以及实现数字信号隔离，电源是必需的，但隔离电源的开关噪声可能会影响高精度测量。例如，当ADuM5201 isoPower的储能电路工作时，会产生360 MHz的噪声。如果该噪声与ADC的采样时间重合，噪声将耦合到传感器偏置、ADC电源或基准电压源中，导致测量丧失一定的保真度。为减少干扰，数字系统的常规做法是在时钟沿之间开始ADC转换，确保开关噪声不与电压转换相互作用。

isoPower产品的工作方式是让一个高电流储能振荡器在内部微变压器中运行。电源被耦合到副边，然后整流为直流。副边调节输出电压，产生一个PWM式信号，并通过一个iCoupler®数据通道将其送回原边，从而根据副边电源和电压需求开关储能振荡器。ADI公司有多款isoPower器件允许通过外部引脚直接控制储能电路，因此一个公共PWM信号就能控制多个isoPower器件。当ADC进行高保真度转换时，可以利用这一特性来消除储能电路噪声。ADuM520x、ADuM620x、ADuM5000和ADuM6000可以用作外部主控制器的从机，支持这种功能的控制线可以接受用来禁用储能电路的BLANK(屏蔽)信号。使用两条控制线： RCIN和RCSEL。

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集成隔离电源isoPower®的iCoupler®数字隔离器采用隔离式DC-DC转换器，能够在125 MHz至200 MHz的频率范围内切换相对较大的电流。在这些高频率下工作可能会增加对电磁辐射和传导噪声的担心。ADI公司的AN-0971应用笔记“isoPower器件的辐射控制建议”提供了最大限度降低辐射的电路和布局指南。实践证明，通过电路优化（降低负载电流和电源电压）和使用跨隔离栅拼接电容（通过PCB内层电容实现），可把峰值辐射降低25 dB以上。

倘若设计中具有多个isoPower器件并且布局非常密集，情况又将如何？ 是否仍然能够明显降低辐射？ 本笔记将针对此类情况提供一些一般指导原则。由于内层拼接电容能够构建低电感结构，因此最具优势。在整体PCB区域受限的情况下，采用多层PCB就是很好的方式。采用尽可能多的层数切实可行，同时尽可能多的交叠电源层和接地层（参考层）。图1为一个堆叠示例。

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<strong>Baoxing Chen</strong>

<strong>简介</strong>

出于安全或者数据完整性考虑，通常需要电路部件之间有隔离，例如，把系统中的敏感电路组件和人机界面侧和场侧的危险电压隔离开，那里有能承受更大耐压的器件例如传感器和致动器等。隔离还可以消除共模噪声或接地环路噪声，它会影响数据采集的精度。 而跨越隔离栅的数据传输可以通过传统的光耦合器或者ADI的

iCoupler器件来实现，目前已经找到一种方法解决了从非隔离到隔离侧传输功率，这以前让设计师很头大，本文讨论了一种新方法，通过使用ADI公司最新iCoupler产品，通过集成带数据信号隔离的电源隔离解了决这一挑战。

本视频将深入介绍如何降低isoPower®器件中的电磁干扰(EMI)。