基于TI器件的模擬電路設(shè)計-隔離放大器電路設(shè)計課件

1、第8章 隔離放大器電路設(shè)計8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)8.2 隔離放大器和應(yīng)用電路例8.3 數(shù)字隔離器第8章 隔離放大器電路設(shè)計8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)8.1.1 電路隔離的必要性 8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)8.1.1 電路隔離的必要性 1 電路隔離的必要性 隔離就是將一部分物體、電路與其他部分中的非理想環(huán)境的影響分離開來。在電子電路中，采用電介質(zhì)，通過阻斷直流電(DC)實現(xiàn)電路隔離。采用隔離電路的主要原因是保護電路不受危險電壓和電流的損壞。 8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)1 電路隔離的必要性 8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)圖1 電源和病人之間可能的電路通路 圖1 電源和病人

2、之間可能的電路通路 圖2 高壓和低壓電路之間的隔離圖2 高壓和低壓電路之間的隔離圖3 設(shè)備之間的接地電壓差8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)圖3 設(shè)備之間的接地電壓差8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)8.1.2 常用的電路隔離技術(shù)8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)8.1.2 常用的電路隔離技術(shù)1. 光耦合隔離技術(shù)光耦合隔離技術(shù)是在透明絕緣隔離層(例如：空氣間隙)上的光傳輸，以達到隔離目的。 光耦合器 1. 光耦合隔離技術(shù)光耦合器 2電感耦合隔離技術(shù) 電感耦合隔離技術(shù)使用兩個線圈之間的變化磁場在一個隔離層上進行通信。最常見的例子就是變壓器，其磁場大小取決于主級和次級繞組的線圈結(jié)構(gòu)(匝數(shù)/單位長

3、度)、磁芯的介電常數(shù)，以及電流振幅。 ADuM1100是ADI推出的iCoupler技術(shù)的一個例子 2電感耦合隔離技術(shù) ADuM1100是ADI推出的iCou3電容耦合隔離技術(shù) 電容耦合隔離技術(shù)是在隔離層上采用一個不斷變化的電場傳輸信息，示意圖如下圖所示。各電容器極板之間的材料是一個電介質(zhì)隔離器，并形成隔離層。該極板尺寸、極板之間的間隔和電介質(zhì)材料等都決定著電氣性能。 TI推出的ISO72x系列隔離器采用電容耦合技術(shù) 3電容耦合隔離技術(shù) TI推出的ISO72x系列隔離器采用電8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)8.1.3 隔離器的技術(shù)特性1兩端隔離電壓 8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)8.1.3 隔離器的技術(shù)

4、特性8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)8.1.3 隔離器的技術(shù)特性2瞬態(tài)抗擾度隔離層的分布電容提供了一個瞬態(tài)信號通道，使瞬態(tài)信號可以穿過隔離層，并破壞輸出波形。 8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)8.1.3 隔離器的技術(shù)特性隔離層8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)8.1.3 隔離器的技術(shù)特性3自動防護 自動防護是指在輸入損耗狀態(tài)下一個確定的或已知的輸出狀態(tài)。例如，ISO72x系列使用一個周期脈沖來確定輸入結(jié)構(gòu)是否有電，并且是否正在工作。如果隔離器的輸出端在4s以后沒有接收到一個脈沖，那么該輸出被設(shè)置為一個高狀態(tài)。 8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)8.1.3 隔離器的技術(shù)特性8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)8.1.3 隔離器的技術(shù)

5、特性4功耗除了隔離層上信號傳輸?shù)男手猓斎牒洼敵稣{(diào)節(jié)電路的設(shè)計與功耗的相關(guān)性最大。與電感耦合或電容耦合相比，光耦合器的功耗會更高。例如，ISO721（電容耦合） 功耗21.5mW，ADuM1100（電感耦合） 功耗1.2mW，HCPL-0723（光耦合） 功耗137.5mW。8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)8.1.3 隔離器的技術(shù)特性8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)8.1.3 隔離器的技術(shù)特性5可靠性故障前平均工作時間(MTTF)是半導體設(shè)備可靠性的標準測量方法。對于數(shù)字隔離器而言，這種測量表示集成電路和隔離機制的可靠性。與電感耦合及光耦合技術(shù)相比，電容耦合的可靠性相對高一些。 8.1 隔離放大器電路

6、基礎(chǔ)8.1.3 隔離器的技術(shù)特性8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)8.1.3 隔離器的技術(shù)特性6外部磁場抗擾度 對比電感耦合或電容耦合的磁場抗擾度，相對來說電容耦合可以提供更大的裕度。而采用光耦合隔離層電路對外部磁場具有內(nèi)在的磁化抗擾度。 8.1 隔離放大器電路基礎(chǔ)8.1.3 隔離器的技術(shù)特性8.2 隔離放大器和應(yīng)用電路例8.2.1 隔離可編程放大器電路 8.2 隔離放大器和應(yīng)用電路例8.2.1 隔離可編程放大器1. ISO120/121的主要技術(shù)性能與特點ISO120/121是TI公司生產(chǎn)的（原BURR-BROWN公司）隔離放大器電路，隔離電壓： ISO120為1500V（有效值），ISO121為3

7、500V（有效值）；共模抑制比典型值為115dB（60Hz時）；最大非線性為0.01%；載頻可由用戶控制，具有外同步能力；雙極性工作，VO10V；電源電壓范圍為4.518V，電流消耗為5.5mA；工作溫度范圍為55+125。2. ISO120/121的引腳功能與封裝形式ISO120采用 DIP-24封裝，ISO121采用 DIP-40封裝，引腳封裝形式如圖所示，圖中引腳端數(shù)字分別表示ISO120和ISO121引腳端。引腳端功能：+V S1和V S1為初級電源電壓正端和負端， Gnd 1為初級地，V IN為初級信號輸入，Ext Osc為外部振蕩器輸入，Com 1為初級信號地，C 1H和C 1L為

8、初級調(diào)制器電容，+V S2和V S2為次級電源電壓正端和負端，Com 2為次級信號地，Gnd 2為次級地，Sense為次級反饋端，V OUT為次級電壓輸出，C2H和C2L次級解調(diào)器電容。基于ISO120/121的隔離放大器電路1. ISO120/121的主要技術(shù)性能與特點基于ISO12ISO120/ISO121的引腳封裝形式ISO120/ISO121的引腳封裝形式3. ISO120/121的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ISO120/ISO121的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖如圖所示，芯片內(nèi)部包含有輸入放大器、調(diào)制器、解調(diào)器、輸出緩沖器、隔離柵等電路，輸入（初級）與輸出（次級）之間可以完全隔離。ISO120/ISO121的內(nèi)部

9、結(jié)構(gòu)方框圖3. ISO120/121的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ISO120/ISO124. ISO120/121的應(yīng)用電路（1）調(diào)制器與解調(diào)器電容C1和C2選擇推薦的ISO120/ISO121的調(diào)制器與解調(diào)器電容C1和C2數(shù)值與時鐘頻率的關(guān)系表。（2）增益調(diào)節(jié)ISO120/ISO121的增益調(diào)節(jié)電路如圖所示，增益為4. ISO120/121的應(yīng)用電路 ISO120/ISO121的增益調(diào)節(jié)電路 ISO120/ISO121的增益調(diào)節(jié)電路（3）失調(diào)調(diào)節(jié)ISO120/ISO121的失調(diào)調(diào)節(jié)電路如圖所示。ISO120/ISO121的失調(diào)調(diào)節(jié)電路（3）失調(diào)調(diào)節(jié)ISO120/ISO121的失調(diào)調(diào)節(jié)電路（5）電源和信號連接I

10、SO120/ISO121的電源與信號連接方式如圖所示。ISO120/ISO121的電源與信號連接方式（5）電源和信號連接ISO120/ISO121的電源與信號連（6）外部時鐘驅(qū)動隔離電路ISO120/ISO121的外部時鐘驅(qū)動隔離電路如圖所示，采用光耦合器隔離時鐘信號 ISO120/ISO121的外部時鐘驅(qū)動隔離電路（6）外部時鐘驅(qū)動隔離電路ISO120/ISO121的外部時（7）420mA電流環(huán)驅(qū)動電路ISO120/ISO121構(gòu)成的420mA電流環(huán)驅(qū)動電路如圖所示。ISO120/ISO121構(gòu)成的420mA驅(qū)動器電路（7）420mA電流環(huán)驅(qū)動電路ISO120/ISO121構(gòu)（8）電力線監(jiān)測電路ISO120/ISO121構(gòu)成的電力線監(jiān)測電路如圖所示。ISO120/ISO