日前，德州儀器（TI）舉辦2018全新隔離解決方案強(qiáng)化系統(tǒng)運(yùn)行媒體說明會(huì)，會(huì)上，德州儀器隔離器產(chǎn)品線產(chǎn)品市場(chǎng)工程師 Neel Seshan 先生，半導(dǎo)體事業(yè)部中國(guó)區(qū)汽車電子技術(shù)應(yīng)用經(jīng)理師英先生介紹了兩款較新發(fā)布的隔離器產(chǎn)品——ISO224 與 ISO1042。較新的隔離解決方案系列采用電容隔離技術(shù)，將創(chuàng)新技術(shù)優(yōu)勢(shì)投入市場(chǎng)應(yīng)用，從而加速工業(yè)自動(dòng)化和汽車系統(tǒng)的可靠性。

隔離需求及市場(chǎng)趨勢(shì)

作為嵌入式處理器和模擬半導(dǎo)體的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，德州儀器致力于通過隔離解決方案實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大而可靠的系統(tǒng)運(yùn)行，其電容隔離技術(shù)具有業(yè)內(nèi)較高的隔離等級(jí)和較長(zhǎng)的壽命周期可靠性。

Neel Seshan解釋說，隔離是系統(tǒng)進(jìn)步的需求，包括保證高壓系統(tǒng)中的穩(wěn)定、在惡劣環(huán)境下可靠和小尺寸封裝和系統(tǒng)尺寸。他表示，眾所周知，在傳輸功率時(shí)，功率是電壓和電流的乘積，為了傳輸更高功率有兩個(gè)辦法，一是提高電壓，二是增大電流。增大電流對(duì)于導(dǎo)線有更高的要求，一般越大的電流需要越小的傳輸電阻，這種情況之下，只能加粗銅線的截面積，整合系統(tǒng)的成本就會(huì)明顯上升。考慮到傳輸更大功率，提高電壓是在電氣或成本上比較容易實(shí)現(xiàn)的方法，因此為了低壓側(cè)的安全，就需要加入隔離措施。需要隔離的系統(tǒng)包括工廠自動(dòng)化、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、樓宇自動(dòng)化、工業(yè)運(yùn)輸和汽車 (OBC, BMS) 。

隔離的第一個(gè)例子是，在工廠自動(dòng)化領(lǐng)域現(xiàn)場(chǎng)可編程控制器PLC是很典型的設(shè)備，在PLC操作場(chǎng)景之下，往往信號(hào)和通信的傳輸采用典型的24V系統(tǒng)，而核心的電子元器件一般是在5V電壓下工作。在24V和5V之間通信需要放入一個(gè)隔離器件，來實(shí)現(xiàn)不同電平水平之間的通信。

第二個(gè)例子是電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用場(chǎng)景里常見的電壓很高的設(shè)備，比如馬達(dá)在600多伏的電壓水平工作，控制板經(jīng)常會(huì)放在離馬達(dá)非常遠(yuǎn)的地方，中間有很長(zhǎng)的通訊和控制電纜把兩端連接起來。馬達(dá)和控制板、驅(qū)動(dòng)板之間的線纜和參考電平形成地線回路，會(huì)產(chǎn)生很大噪聲干擾通信的可靠性。這時(shí)需要隔離器件把兩端隔離開，切斷地線回路，把現(xiàn)場(chǎng)噪聲干擾降低到較小。

其他應(yīng)用場(chǎng)景的例子包括智能化建筑、辦公室自動(dòng)化應(yīng)用場(chǎng)景里的電梯，在按電梯的呼叫板和電梯主控之間也會(huì)有很長(zhǎng)的電纜來通信，這種情況之下同樣需要隔離，電梯通信典型運(yùn)行方式是用CAN總線，為了消除現(xiàn)場(chǎng)噪聲會(huì)采用CAN+隔離或隔離+CAN來實(shí)現(xiàn)高可靠性，需要用到隔離器件。

工業(yè)交通，一般指地鐵、高鐵、輕軌這些非汽車交通設(shè)施或交通工具。這種場(chǎng)景下，車廂內(nèi)部，車廂和車廂之間也有很多通訊，可能是I2C、RS-485或CAN總線，為了保證高可靠性，同樣需要隔離器件。

汽車領(lǐng)域中，傳統(tǒng)汽車都是12V的電氣系統(tǒng)，隨著新能源車這些年快速增長(zhǎng)，在新能源汽車?yán)飼?huì)額外引入兩種更高的電壓48V和400V，未來可能會(huì)有800V的電壓出現(xiàn)。在12V、48V、400V子系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)可靠性通信也要加入隔離。

總之，隔離是阻止系統(tǒng)兩個(gè)部分之間的直流和不需要的交流的一種手段，同時(shí)仍然能夠?qū)崿F(xiàn)這兩個(gè)部分之間的數(shù)據(jù)和功率傳輸。隔離可用于保護(hù)操作人員和低壓電路免受高壓影響，處理通信子系統(tǒng)之間的接地電位差，以及 提高抗噪能力。

德州儀器的電容隔離技術(shù)

Neel Seshan說，現(xiàn)在市場(chǎng)上比較常見的隔離技術(shù)有很多種，較常見的有光電隔離，解決大家所熟知的光耦，二是變壓器隔離，也是很常見的隔離技術(shù)。TI采用的技術(shù)是電容性的隔離，電容性的隔離里，所使用的核心材料是二氧化硅。之所以采用這個(gè)技術(shù)，是因?yàn)槎�氧化硅本身具有較高的介電強(qiáng)度；第二個(gè)數(shù)值是光電隔離器件所使用材料的介電強(qiáng)度是20Vrms/μm；倒數(shù)第二行是變壓器所使用的材料介電強(qiáng)度300Vrms/μm；較后一行是我們這個(gè)技術(shù)使用的技術(shù)材料二氧化硅的介電強(qiáng)度500Vrms/μm。

德州儀器在光電隔離和變壓器隔離里所使用的材料是有機(jī)材料，有機(jī)材料對(duì)于外界環(huán)境因素變化有敏感性，較常見的是濕度和溫度。當(dāng)濕度和溫度變化的時(shí)候，它的介電強(qiáng)度會(huì)隨之發(fā)生變化，所以，在外界環(huán)境變化的時(shí)候有機(jī)材料的性能不如TI使用的技術(shù)穩(wěn)定。二氧化硅就是玻璃，對(duì)于溫度和濕度的變化影響非常小，非常穩(wěn)定，這也是TI使用這個(gè)技術(shù)的主要原因。

德州儀器隔離技術(shù)將給電子技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來以下好處：一是可靠的電機(jī)隔離可以使電子系統(tǒng)有更長(zhǎng)的使用壽命；二是在聲環(huán)境下的高可靠性運(yùn)作，也是該技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)之一，在非常嘈雜的環(huán)境之下可以大幅提升性能的隔離中繼；三是在器件很多的情況下，當(dāng)其他電子元器件集成了剛才所談的隔離技術(shù)之后，就會(huì)有更多功能。這就是ISO224和ISO1042集成隔離技術(shù)的集成功能芯片。

創(chuàng)新產(chǎn)品

第一個(gè)新產(chǎn)品是ISO224，作為業(yè)內(nèi)較高精度的增強(qiáng)型隔離放大器，它具有高的可靠性、較強(qiáng)的性能以及更為小巧的尺寸等出色優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于工廠自動(dòng)化與控制、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、鐵路運(yùn)輸及電機(jī)驅(qū)動(dòng)等工業(yè)領(lǐng)域。

ISO224 是一款精密的隔離放大器，其輸出與輸入電路由抗電磁干擾性能極強(qiáng)的隔離柵隔開。該隔離柵經(jīng)認(rèn)證，可提供高達(dá) 5kV_RMS 的增強(qiáng)型電隔離，使用壽命極長(zhǎng)，功率耗散較低。與隔離式電源結(jié)合使用時(shí)，該器件可將以不同共模電壓電平運(yùn)行的系統(tǒng)的各器件隔開，并防止較低電壓器件損壞。

ISO224 的輸入專門針對(duì)精確檢測(cè) ±10V 信號(hào)進(jìn)行了優(yōu)化，該信號(hào)在工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中十分 普遍。該器件由高側(cè)單電源供電運(yùn)行。此獨(dú)有的特性可簡(jiǎn)化隔離式電源的設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)成本。集成的高側(cè)電源電壓檢測(cè)功能可簡(jiǎn)化系統(tǒng)級(jí)診斷。ISO224 的 ±4V 輸出可支持使用更低成本的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)。輸出的差分結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的抗噪性能。

另一個(gè)新產(chǎn)品是ISO1042，它是一款具有 70V 總線故障保護(hù)功能和靈活數(shù)據(jù)速率的隔離式 CAN FD 收發(fā)器，業(yè)內(nèi)較強(qiáng)的抗干擾性和較低的輻射使它在工業(yè)和汽車領(lǐng)域大有可為，不僅支持 ISO 的應(yīng)用領(lǐng)域，還涵蓋了樓宇自動(dòng)化和混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車等應(yīng)用。

據(jù)介紹，兩款新型隔離式控制器局域網(wǎng)（CAN）靈活數(shù)據(jù)速率（FD）收發(fā)器將業(yè)內(nèi)更高總線故障保護(hù)、更高共模瞬變抗擾度（CMTI）和更低電磁輻射于一身，尺寸縮小35%。ISO1042和ISO1042-Q1具有比同類產(chǎn)品更高的工作電壓、比傳統(tǒng)CAN標(biāo)準(zhǔn)更快的通信速度，可幫助工程師更好地保護(hù)低壓電路，并提高工業(yè)應(yīng)用（如電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和樓宇自動(dòng)化）及混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車（HEV/EV）的通信吞吐量。

TI ISO1042 和ISO1042-Q1隔離式CAN FD收發(fā)器的主要特性和優(yōu)勢(shì)包括：更高工作電壓，ISO1042和ISO1042-Q1的工作電壓為1,000Vrms（提高了18%），耐受電壓為5,000Vrms，具有更長(zhǎng)的使用壽命，從而有效提高了系統(tǒng)可靠性；增強(qiáng)設(shè)備保護(hù)，ISO1042和ISO1042-Q1具有±70V的高總線故障保護(hù)，對(duì)DC短路裕度提高了20%，可在發(fā)生高壓短路時(shí)保護(hù)12V、24V和48V電池或電源系統(tǒng)。

此外，TI ISO1042 和ISO1042-Q1具有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的抗擾度和輻射、更強(qiáng)的抗電磁干擾性能，其共模瞬變抗擾度（CMTI）為85kV/us（較低值），具有+/-8kV的高ESD保護(hù)性能，采用國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，可幫助工程師設(shè)計(jì)出能夠在嘈雜環(huán)境下保持正常運(yùn)行的電子設(shè)備；更低EMC輻射，ISO1042和ISO1042-Q1 具有業(yè)內(nèi)更低的電磁兼容性（EMC）輻射，從而有效保證系統(tǒng)信號(hào)的完整性。ISO1042-Q1 符合汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（IEC TS62228），可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的EMC。

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