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使用電流隔離器提高高壓工業(yè)應(yīng)用的安全性和可靠性

1692618 2022-11-25 | pdf | 210.13KB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

許多工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，尤其是制造設(shè)施中的系統(tǒng)，需要連接到使用數(shù)百至數(shù)千伏高壓的設(shè)備。基于半導(dǎo)體的隔離器通常用于將這些高電壓與大多數(shù)控制系統(tǒng)中使用的低得多的 5 伏數(shù)字邏輯電壓分開。例如，單封裝、雙芯片光隔離器因其對(duì)瞬態(tài)高壓的高抵抗力和對(duì)環(huán)境磁場(chǎng)的免疫力而被廣泛用于此目的。然而，設(shè)計(jì)人員需要一種在時(shí)間和極端溫度下更穩(wěn)定，并且從制造角度來看不那么復(fù)雜的技術(shù)。許多工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，尤其是制造設(shè)施中的系統(tǒng)，需要連接到使用數(shù)百至數(shù)千伏高壓的設(shè)備。基于半導(dǎo)體的隔離器通常用于將這些高電壓與大多數(shù)控制系統(tǒng)中使用的低得多的 5 伏數(shù)字邏輯電壓分開。例如，單封裝、雙芯片光隔離器因其對(duì)瞬態(tài)高壓的高抵抗力和對(duì)環(huán)境磁場(chǎng)的免疫力而被廣泛用于此目的。然而，設(shè)計(jì)人員需要一種在時(shí)間和極端溫度下更穩(wěn)定，并且從制造角度來看不那么復(fù)雜的技術(shù)。本文解釋了為什么以及如何使用單封裝電流隔離器來安全隔離現(xiàn)代工業(yè)、醫(yī)療和電動(dòng)汽車 (EV) 系統(tǒng)中使用的高壓。本文解釋了為什么以及如何使用單封裝電流隔離器來安全隔離現(xiàn)代工業(yè)、醫(yī)療和電動(dòng)汽車 (EV) 系統(tǒng)中使用的高壓。然后介紹德州儀器然后介紹德州儀器(TI ) 的兩款針對(duì)高電壓、高可靠性系統(tǒng)的硅基電流隔離器，并討論如何將它們正確布置在印刷電路板上，以安全地將高壓與可編程邏輯控制器 (PLC) 中使用的數(shù)字邏輯隔離開來和人機(jī)界面。(TI ) 的兩款針對(duì)高電壓、高可靠性系統(tǒng)的硅基電流隔離器，并討論如何將它們正確布置在印刷電路板上，以安全地將高壓與可編程邏輯控制器 (PLC) 中使用的數(shù)字邏輯隔離開來和人機(jī)界面。為什么要隔離高低壓？為什么要隔離高低壓？許多工業(yè)系統(tǒng)都是使用 PLC、計(jì)算機(jī)或人機(jī)界面 (HMI) 進(jìn)行控制的。這些控制系統(tǒng)使用 5 伏或更低的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字控制電壓運(yùn)行。當(dāng)連接這些系統(tǒng)以管理 120 伏或更高的高壓時(shí)，重要的是將低數(shù)字電壓與高壓設(shè)備進(jìn)行物理分離和電氣隔離。電源轉(zhuǎn)換器、直流到直流轉(zhuǎn)換器和電動(dòng)汽車 (EV) 還需要小心地將數(shù)字控制電壓與系統(tǒng)中可能使用的數(shù)千伏電壓分開。許多工業(yè)系統(tǒng)都是使用 PLC、計(jì)算機(jī)或人機(jī)界面 (HMI) 進(jìn)行控制的。這些控制系統(tǒng)使用 5 伏或更低的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字控制電壓運(yùn)行。當(dāng)連接這些系統(tǒng)以管理 120 伏或更高的高壓時(shí)，重要的是將低數(shù)字電壓與高壓設(shè)備進(jìn)行物理分離和電氣隔離。電源轉(zhuǎn)換器、直流到直流轉(zhuǎn)換器和電動(dòng)汽車 (EV) 還需要小心地將數(shù)字控制電壓與系統(tǒng)中可能使用的數(shù)千伏電壓分開。雖然功率晶體管可以輕松處理這些應(yīng)用，但它們無法安全地處理。這些應(yīng)用中的晶體管在同一半導(dǎo)體襯底上具有數(shù)字和高壓控制。功率晶體管的故障或物理損壞會(huì)迅速導(dǎo)致數(shù)千伏電壓注入數(shù)字邏輯。除了破壞控制設(shè)備外，這還會(huì)使用戶處于危險(xiǎn)之中。雖然功率晶體管可以輕松處理這些應(yīng)用，但它們無法安全地處理。這些應(yīng)用中的晶體管在同一半導(dǎo)體襯底上具有數(shù)字和高壓控制。功率晶體管的故障或物理損壞會(huì)迅速導(dǎo)致數(shù)千伏電壓注入數(shù)字邏輯。除了破壞控制設(shè)備外，這還會(huì)使用戶處于危險(xiǎn)之中。光學(xué)隔離歷來是物理分離和電氣隔離低壓和高壓系統(tǒng)的首選方法。典型的單封裝雙芯片光隔離器在一個(gè)芯片上包含一個(gè) LED，該 LED 發(fā)出的光（通常是紅外線）穿過透明隔離屏障到達(dá)第二個(gè)芯片上的光電二極管接收器。光電二極管將其轉(zhuǎn)換為用于控制高壓電路的低壓信號(hào)。光學(xué)隔離歷來是物理分離和電氣隔離低壓和高壓系統(tǒng)的首選方法。典型的單封裝雙芯片光隔離器在一個(gè)芯片上包含一個(gè) LED，該 LED 發(fā)出的光（通常是紅外線）穿過透明隔離屏障到達(dá)第二個(gè)芯片上的光電二極管接收器。光電二極管將其轉(zhuǎn)換為用于控制高壓電路的低壓信號(hào)。對(duì)于能夠安全控制數(shù)千伏電壓的光隔離器，LED 管芯和光電二極管管芯都封裝在由能夠承受光隔離器額定電壓的材料制成的透明隔離屏障中。對(duì)于能夠安全控制數(shù)千伏電壓的光隔離器，LED 管芯和光電二極管管芯都封裝在由能夠承受光隔離器額定電壓的材料制成的透明隔離屏障中。