ADI_Amy

【重点推荐】通道间隔离型模拟输入解决方案

ADI_Amy 員工 在 2016-9-8 建立的討論區
最後回覆由孙治国於2017-5-10提供

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。

 

ADI最新解决方案【用于高端TC/RTD模块的16通道间隔离型模拟输入解决方案】概述了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。

 

点击链接免费下载完整解决方案:http://h.analog.com/CN-APM-PLC-AI

 

——————————————————————————————

 

隔离拓扑和通道间隔离设计挑战

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。

 

(a)组隔离型                                                                                 (b)通道间隔离式型

9.jpg

图1. (a)组隔离和(b)通道间隔离

 

关于通道与通道间隔离设计,主要的设计挑战是什么?

  • 需要高电压隔离能力。需要同时考虑电源和数据隔离,隔离电压可超过2.5 kV。
  • 需要考虑高通道密度的需求和有限空间的限制。传统的变压器封装太大,难以实现封装和PCB布局。
  • 需要考虑高可靠性。关键部分的隔离器件通常需要UL/CSA认证,且定制变压器的成本很高。
  • 需要高集成度且易于设计。

 

ADI新一代isoPower®产品——ADuM5411,结合了ADI最新的技术和改进型架构以同时提供数字信号隔离和电源隔离,从而可以解决上述挑战,向我们的客户提供更高集成度、稳定性、安全性和易用性。

 

16通道高密度通道与通道间隔离框图

11.jpg

图2. ADI用于TC/RTD的16通道间隔离型AI模块解决方案

 

演示配置与测试结果

12.jpg

图3. 使用AduM5411 isoPower技术的16通道热电偶/热电阻AI模块

 

两种版本的PCB板设计用于验证,除了使用不同去耦电容方法之外几乎相同。

  • 板1:ADuM5411使用Stitching电容的 16通道TC/RTD AI模块它集成了特殊布局特性以便在PCB中形成stitching电容,同时可配合电源线通路上的一些磁珠使用。
  • 板2:ADuM5411使用外部去耦电容的 16通道TC/RTD AI模块在PCB上的ADuM5411旁边再次利用外部电容,同时可配合电源线通路上的一些磁珠使用。

 

EN55022测试结果

根据EN55022规范在10m暗室内做了两组EMI对比测试。对于第一个测试,带stitching电容的板子使用情况如图3所示。图4显示了测试结果,该测试通过了EN55022 class B的标准要求,裕量约为11.59 dB。对于第二个测试,使用了不带stitching电容的板,而将3 kV、150 pF外部安规电容KEMET C1812C102KHRACTU安装在AduM5411旁边。图5显示了测试结果,该测试也通过EN55022class B标准要求,不过裕量相对有限,为0.82 dB,但是对于class A 仍然有非常充足的裕量。

13.jpg

14.jpg

图4. PCB中内置拼接电容的EN55022 B类测试结果

 

15.jpg

16.jpg

图5. PCB上带安规电容的非拼接电容的EN55022 B类测试结果

 

测试结果证明,相比使用安装在旁边的安规电容,IC下的拼接电容是个更有效的去耦合方法。

 

 

结论

通道间隔离在高端过程控制系统中很常用。ADI的isoPower集成式iCoupler®技术较传统的数字和电源隔离方法可实现通道密度的明显增加。它们还大大简化了设计工作,可以提高通道稳定性和可靠性。利用PCB中内置的stitching电容或安装在旁边的安规电容,可以轻松地控制EMI辐射以便通过EN55022 Class B或Class A标准。它是一场市场革命。

結果