Firmenblog über Versorgung von TI Isolationsprodukten: Digitale Isolatoren, Opto-Emulatoren, Halbleiterrelais, isolierter ADC

Versorgung von TI Isolationsprodukten: Digitale Isolatoren, Opto-Emulatoren, Halbleiterrelais, isolierter ADC

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I. Digitale Isolatoren von TI: Das Herzstück einer hochzuverlässigen digitalen Signalisolierung mit geringem Stromverbrauch

Die digitalen Isolatoren von TI basieren auf der proprietären isolierten Gate-Technologie aus Siliziumdioxid (SiO₂). Ihre Hauptfunktion besteht darin, die galvanisch isolierte Übertragung digitaler Signale zu ermöglichen und Hoch- und Niederspannungsbereiche, Störquellen und empfindliche Schaltkreise innerhalb eines Systems wirksam zu trennen, um Störungen und Übersprechen zu verhindern und gleichzeitig die Sicherheit von Personal und Ausrüstung zu gewährleisten. Sie sind die bevorzugte Wahl für die Isolierung digitaler Signale in Industrie- und Automobilanwendungen.

Besonders hervorzuheben sind ihre technischen Kernvorteile: In Bezug auf die Isolationsleistung unterstützen sie Isolationswerte von bis zu 5,7 kVrms und erfüllen damit sowohl grundlegende als auch verstärkte Isolationsanforderungen. Sie zeichnen sich außerdem durch eine ausgezeichnete Gleichtakt-Transientenimmunität (CMTI) aus und widerstehen wirksam hochfrequenten Störungen in Industrieumgebungen und in der Automobilelektronik, um die Integrität der Signalübertragung sicherzustellen. In Bezug auf Stromverbrauch und Effizienz beträgt der Strom pro Kanal nur 4,2 µA, wobei der Stromverbrauch deutlich unter dem herkömmlicher Isolationslösungen liegt. Darüber hinaus unterstützen sie einen weiten Betriebsspannungsbereich von 1,71 V bis 5,5 V, wodurch sie für verschiedene Stromversorgungsszenarien geeignet sind; Bezüglich der Übertragungsleistung können Datenraten bis zu 150 Mbit/s erreicht werden, einige High-End-Modelle erreichen sogar 200 Mbit/s. Mit geringer Ausbreitungsverzögerung und minimaler Impulsbreitenverzerrung erfüllen sie die Anforderungen einer digitalen Hochgeschwindigkeitssignalübertragung.

Das Produktportfolio digitaler Isolatoren von TI ist umfangreich und umfasst grundlegende, erweiterte und integrierte Stromversorgungsmodelle. Die integrierten Netzteilmodelle verfügen über eine Isolationsleistung von 5 kVrms und eine Ausgangsleistung von bis zu 0,65 W, sodass kein externes Isolationsnetzteil erforderlich ist und der Designprozess erheblich vereinfacht wird. Darüber hinaus bieten die Produkte eine Vielzahl von Kanalkonfigurationen (1–6 Kanäle) und Verpackungsoptionen (von 2 mm × 3 mm QFN bis hin zu Gehäusen mit großer Kriechstrecke). Sie sind nach mehreren Standards zertifiziert, darunter ATEX/IECEx und AEC-Q100, wodurch sie für eine Vielzahl anspruchsvoller Anwendungen wie Industrieanlagen, Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV/EV) und NewSpace geeignet sind. Sie können zur digitalen Signalisolationsübertragung in Geräten wie SPS, Motortreibern und fahrzeuginternen Steuerungssystemen verwendet werden.

II. TI-Optokoppler-Simulator: Ein leistungsstarkes Upgrade und eine Alternative zu herkömmlichen Optokopplern

Der Optokoppler-Simulator von TI ist ein Isolationsgerät, das speziell auf die Schwachstellen herkömmlicher Optokoppler abgestimmt ist. Durch die Verwendung einer Dioden-Emulator-Eingangs- und Digitalausgangsarchitektur ermöglicht es den direkten Pin-zu-Pin-Austausch von Hochgeschwindigkeits-Digital-Optokopplern nach Industriestandard, ohne dass eine Neugestaltung der Leiterplatte erforderlich ist. Es ist mit herkömmlichen Optokoppler-Anwendungen kompatibel und verbessert gleichzeitig die Systemleistung und -zuverlässigkeit erheblich.

Im Vergleich zu herkömmlichen Optokopplern kommen die Vorteile des TI Optokoppler Simulators besonders deutlich zum Tragen: Erstens bietet er eine höhere Zuverlässigkeit. Durch den Verzicht auf optoelektronische Komponenten kommt es zu keinem Alterungseffekt, was zu einer längeren Lebensdauer führt. Darüber hinaus werden durch eine strenge Prozesskontrolle die Abweichungen von Gerät zu Gerät minimiert, was eine höhere Stabilität gewährleistet. Zweitens überragende Leistung: Datenraten von bis zu 25 Mbit/s, eine maximale Ausbreitungsverzögerung von nur 52 ns und extrem geringe Impulsbreitenverzerrung und Ausbreitungsverzögerungsversatz. Darüber hinaus übertrifft ihre Störfestigkeit mit einer minimalen Transientenimmunität von ±125 kV/µs die von herkömmlichen Optokopplern bei weitem; Drittens geringerer Stromverbrauch: Die simulierte Dioden-Eingangsstufe erfordert keine Kompensation von Alterungseffekten, was zu einem deutlich geringeren Stromverbrauch als vergleichbare Optokoppler-Produkte führt; Viertens bieten sie mit einem Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis 125 °C und der Unterstützung eines breiten Versorgungsspannungsbereichs von 2,7 V bis 5,5 V eine größere Anpassungsfähigkeit an die Umgebung, wodurch sie für raue Industrieumgebungen geeignet sind.

Am Beispiel der Optokoppler-Simulatoren der ISOM871x-Serie von TI umfasst diese Serie zwei Modelle: den ISOM8710 (CMOS-kompatibler Ausgang) und den ISOM8711 (Open-Collector-Ausgang). Sie sind in einem kompakten SOIC-5-Gehäuse mit einer Isolationsleistung von bis zu 3750 V rms und einer Überspannungsfestigkeit von bis zu 10 kV untergebracht. Sie haben mehrere Sicherheitszertifizierungen erhalten, darunter UL 1577, VDE und IEC 62368-1. Zu den typischen Anwendungen gehören Motortreiber, E/A-Module für Industriesteuerungen und Fabrikautomatisierungsgeräte; Sie können herkömmliche Optokoppler direkt ersetzen, um eine nahtlose Verbesserung der Systemleistung zu erreichen.

III. TI-Halbleiterrelais (SSR): Hochzuverlässige Schaltlösungen mit integrierter Isolierung

Die Halbleiterrelais von TI nutzen fortschrittliche kapazitive und magnetische Isolationstechnologien, um Leistungs- und Signalisolationsfunktionen zu integrieren, was sie zur idealen Wahl für den Ersatz elektromechanischer und Optokoppler-Relais macht. Ihre Hauptfunktion besteht darin, die isolierte Steuerung von Hoch- und Niederspannungsschaltkreisen zu ermöglichen und dabei Niederspannungseingänge in Hochstrom-Gate-Ansteuerungen umzuwandeln. Außerdem werden sie häufig in Schaltsteuerungsanwendungen in Hochspannungssystemen eingesetzt.

Die Hauptvorteile der Halbleiterrelais von TI liegen in drei Bereichen: Integration, Zuverlässigkeit und Sicherheit. Hohe Integration: Durch die Integration der Isolationsbarriere, der Stromübertragung und der Signalsteuerung auf einem einzigen Chip ist keine externe Isolationsstromversorgung erforderlich, was die Systemgröße und Designkosten erheblich reduziert und gleichzeitig den Designprozess vereinfacht; Hohe Zuverlässigkeit: Durch den Wegfall der beweglichen Teile herkömmlicher elektromechanischer Relais vermeiden diese Geräte Probleme wie mechanischen Verschleiß und Kontaktprellen, was zu einer längeren Lebensdauer führt. Darüber hinaus verbessern integrierte Funktionen wie Lawinenstromschutz, zwei isolierte Komparatoren und eine selbsterzeugte sekundäre Vorspannungsversorgung die Systemzuverlässigkeit weiter; Hervorragende Isolationsleistung, unterstützt eine Basisisolation von bis zu 3,75 kVrms und eine verstärkte Isolation von 5 kVrms und erfüllt die Sicherheitsisolationsanforderungen für verschiedene Anwendungen bei gleichzeitiger Einhaltung der Kriech- und Luftstreckenanforderungen.

Die Produktpalette umfasst drei Hauptkategorien: isolierte Schaltertreiber (zur Steuerung externer Leistungsschalter wie MOSFETs, IGBTs und SiC-Geräte), isolierte Schalter (mit Hochspannungs-MOSFETs, die einen Ausgang von bis zu 1,2 kV und 50 mA unterstützen) und Hochspannungsschalter mit ohmschen Spannungsteilern (mit hochpräzisen ohmschen Spannungsteilern, geeignet für 400-V- und 800-V-Batteriemanagementsysteme). Zu den typischen Anwendungen gehören HEV/EV-Batteriemanagementsysteme, On-Board-Ladegeräte (OBCs), DC/DC-Wandler, Traktionswechselrichter, Fabrikautomatisierungssteuerung und Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge. Unter diesen verfügen Modelle für den Automobilbereich (wie der TPSI2140-Q1) über eine Spannungsfestigkeit von 1200 V und einen Lawinenstrom von 2 mA und erfüllen damit die strengen Anforderungen von Hochspannungsanwendungen im Automobilbereich.

IV. Isolierte ADCs von TI: Ein leistungsstarkes Werkzeug für die präzise Signalerfassung in Hochspannungssystemen

Isolierte ADCs (auch als isolierte Modulatoren bekannt) von TI sind Präzisionssignalerfassungsgeräte, die speziell für Hochspannungssysteme entwickelt wurden. Ihre Kernfunktion besteht darin, analoge Signale (z. B. Strom und Spannung) aus dem Hochspannungsbereich zu isolieren und in digitale Signale umzuwandeln und dabei die Signalerfassung mit der elektrischen Isolierung zu verbinden. Dadurch werden Interferenzen und Sicherheitsprobleme im Zusammenhang mit der Signalerfassung in Hochspannungsumgebungen gelöst, sodass sie häufig in hochpräzisen Erfassungsszenarien wie der Stromerkennung und Spannungsüberwachung eingesetzt werden.

Die isolierten ADCs von TI bieten hohe Präzision, hohe Zuverlässigkeit und kompakte Größe als ihre Hauptvorteile: In Bezug auf die Präzision verwenden sie eine präzise Δ-Σ-Modulatorarchitektur mit einer effektiven Anzahl von Bits (ENOB) von bis zu 12–14 Bits und einer unkalibrierten Genauigkeit von besser als 0,3 %. Bestimmte Modelle unterstützen die Synchronisierung von Gerät zu Gerät und ermöglichen so eine Systemgenauigkeit von bis zu 0,1, während ein integrierter Temperatursensor die Temperaturkompensation erleichtert und so die Erfassungsgenauigkeit weiter verbessert. In Bezug auf die Isolationsleistung deckt das Sortiment sowohl die Basis- als auch die erweiterte Isolation ab und hält hohen Gleichtaktspannungen stand, um die Isolationsanforderungen von Hochspannungssystemen zu erfüllen. In Bezug auf die Größe verwenden bestimmte Modelle ein bleifreies Gehäuse von 3,5 mm × 2,7 mm, wodurch der erforderliche Platz auf der Leiterplatte im Vergleich zu ähnlichen Lösungen mit verbesserter Isolierung um 50 % reduziert wird und so die Anforderungen miniaturisierter Designs erfüllt werden.

Die Produktpalette ist umfangreich und umfasst unter anderem die Serien AMC0106, AMC0206 und ADC12QJ1600-SEP. Die AMC0106-Serie bietet mehrere Eingangsspannungsbereiche von ±50 mV, ±250 mV und ±1 V, um verschiedenen Signalerfassungsanforderungen gerecht zu werden; Der ADC12QJ1600-SEP ist eine strahlungsgehärtete Variante mit einer Gesamtionisierungsdosis (TID) von bis zu 30 kRad und einer Single-Event-Latch-Immunität (SEL) von 43 MeV·cm²/mg, wodurch er für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungsbereich geeignet ist; Der AMC1304M25 ermöglicht eine Laststrommessung von -10 A bis +10 A und eignet sich daher für Anwendungen wie industrielle Motortreiber und Photovoltaik-Wechselrichter. Darüber hinaus stellt TI begleitende Referenzdesigns bereit (z. B. das Referenzdesign für isolierte Strommessungen auf Basis des AMC1304M25), um Ingenieuren dabei zu helfen, die Lösungsentwicklung schnell abzuschließen.