AET原创

聚焦工业与汽车市场,德州仪器隔离器产品带来业界最高可靠性

毕晓东 2018/11/19 15:29:00

         从原理上来说,隔离器件主要有光耦隔离、磁隔离和电容隔离。德州仪器在隔离领域主推的是电容隔离技术。近日,德州仪器相继推出了两款新的隔离领域产品,主要面向工业和汽车应用。领先业界的可靠性指标将为相关领域应用带来可靠的隔离屏障。

        日前,德州仪器于北京召开媒体发布会,德州仪器隔离器产品线产品市场工程师 Neel Seshan和德州仪器半导体事业部中国区汽车电子技术应用经理师英深入介绍了德州仪器的隔离产品发展。

1-Neel Seshan德州仪器(TI)隔离器产品线产品市场工程师.jpg

德州仪器隔离器产品线产品市场工程师 Neel Seshan

4-师英德州仪器(TI)半导体事业部中国区汽车电子技术应用经理.jpg

德州仪器半导体事业部中国区汽车电子技术应用经理师英

隔离产品的应用领域和技术挑战

        Neel Seshan表示,在信号或功率传输时,往往需要把直流信号或有用的通信数字信号从一个子系统传输到另一个子系统,并隔离开不想要的交流分量或噪声,这是隔离器件主要的功能和定义。

        哪些领域需要隔离?Neel Seshan表示,隔离器件典型的应用场景,包括工业应用和汽车应用。

隔离器应用.JPG

        Neel Seshan介绍,目前隔离市场主要挑战来自三个方面:

        第一个挑战是针对鲁棒性的,常常在电子系统设计里会遇到,比如需要测量高压端的信号,怎样能够把高压端信号安全地传输到低压端。

        第二个挑战是关于可靠性的,是指在有害或噪声非常大的环境下的可靠性。在现代电子系统里经常存在高温或高噪声电子环境,在这种条件下,怎样才能把信息、信号有效传输。

        第三个挑战是有关尺寸的,现在电子系统的尺寸变得越来越小,工程师往往需要在更小的单位体积里实现更多的功能,这也是TI尝试去解决的挑战。

德州仪器的隔离技术和产品

        现在市场上比较常见的隔离技术有很多种,常见的有光电隔离、变压器隔离。TI采用的技术是电容性的隔离,电容性的隔离里,所使用的核心材料是二氧化硅。Neel Seshan表示,德州仪器之所以采用基于二氧化硅的电容隔离技术,是因为二氧化硅本身具有最高的介电强度。与光电隔离和变压器隔离所使用材料的介电常数比较:光电隔离器件所使用材料的介电强度是20Vrms/μm;变压器所使用的材料介电强度300Vrms/μm;而二氧化硅的介电强度500Vrms/μm。

        在光电隔离和变压器隔离里所使用的材料是有机材料,有机材料对于外界环境因素变化有敏感性,最常见的是湿度和温度。当湿度和温度变化的时候,它的介电强度会随之发生变化,所以,在外界环境变化的时候有机材料的性能不如德州仪器使用的技术稳定。二氧化硅就是玻璃,对于温度和湿度的变化影响非常小,非常稳定,这也是TI使用这个技术的主要原因。

TI电容隔离优势.JPG

        德州仪器的隔离产品系列第一大类包括数字隔离器与数字隔离器+隔离电源产品,不仅是通讯,隔离电源还应用于通信器件。

        第二大类是隔离接口,包括I2C、RS-485、隔离LVDS高速信号传输接口,也包括隔离CAN。

        第三大类是TI的隔离栅极驱动,主要用在马达控制和功率变换里,马达控制功率变换时需要碳化硅或氮化镓等功率管的驱动,作为典型的高压和低压互通器件,它需要隔离的栅极来驱动氮化镓、碳化硅或MOSFET隔离设备。

        第四大类是隔离式ADC和隔离放大器,就是集成的隔离放大器或隔离运放。

TI隔离器产品组合.JPG

ISO224隔离放大器

          ISO224是德州仪器新近推出的隔离放大器产品。ISO224是具有业内最高的精度和工作电压以及极长的使用寿命、能够大幅提升隔离性能的隔离放大器,它典型应用于电压采样设计部分的器件,最主要的三个特点有:

        (1)最高可靠性,用隔离电压数值来表征的话,它有比既有产品高出50%的隔离电压,可以提供更长时间的可靠性工作寿命。

        (2)市场上最高的电压测量精度,在±12V以内的电压传感或电压测量应用里,目前能够做到精度最高的隔离运算放大器。

        (3)ISO224集成了很多器件诊断功能,可以让电子系统设计更安全,提升器件自身的诊断和复位能力。目前安全性要求非常高的工业领域,尤其汽车领域,很多器件需要自身具有诊断功能。

ISO224.JPG

ISO1042隔离式CAN FD收发器

        ISO1042是业界超小型增强隔离式CAN FD收发器,能提供更高的总线故障保护。众所周知,CAN FD正在成为下一代汽车通信领域的标准。            ISO1042具有四大特性:

        (1)最高的工作电压,和ISO224一样,ISO1042的高工作电压可以提升可靠性、可靠工作寿命。

        (2)兼容CAN FD协议,CAN FD可以为电子系统提供更高速率,相比于传统的CAN总线能提供超高速率的数据通信。从EMC和EMI角度来讲,ISO1042可以提供最小的电磁干扰辐射和最高的抗电磁干扰性能,也就是说它的EMC和EMI水平都是非常高的,性能非常高。

        (3)保护和诊断方面,ISO1042能够实现70V抗干扰电压的最高可靠性保护和总线保护性能。

        ISO1042在测试可靠寿命预期时加上5000V高压,能够预判的可靠工作寿命可以达到270年,这是比以往的产品提升80%的参数。在提高可靠寿命情况下,实际也为最终的电子系统降低了引进成本,不管这个系统是工业设备还是汽车电子系统。而且这个器件也是在我们汽车级或受控环境之下来制造和测试的,以此来保证高一致性和高可靠性的实现。

        (4)作为CAN FD收发器,另一个显著性能是通讯速率的实现,通讯速率参数上,ISO1042能够实现5Mbps通讯传输速率,同时也有低至215ns的最低环路延迟,使得CAN FD总线通讯速率有很大提高。

ISO1042.JPG

 

 

 


隔离器 电容隔离器 ISO224 ISO1042 德州仪器