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NVE隔离技术在低压电器行业的应用-中国传动网-中国传动网应用案例

信息来源:chuandong.biz  时间:2008-11-30  浏览次数:112

  一 行业现状
  继美国之后,我国也将智能电网的发展提到战略的层面。智能电网要求从发电、输电到配电的整个电网,包括系统和元器件可靠、安全,能够保证供电的连续性、安全性,低压电器为了适应智能电网的应用,提高低压配电与控制系统运行可靠性以及自动化程度,实现系统网络化是发展的必然方向。一旦系统实现网络化,低压电器必须具有双向通信功能,经通信适配器能与各种现场总线系统连接。工业以太网技术发展与应用,使配电系统通信网络变得更简洁、更高效。同时,低压电器必须具有更高的动作可靠性和承受环境变化带来的影响。
  由于低压电器所处的工作环境非常恶劣(如强磁场,电磁辐射,瞬态干扰脉冲,温度),低压电器通信的可靠性受到挑战;为了保证通信的准确可靠和系统稳定,通常会选用一些隔离器件将通讯数据在接口上实现电气隔离,提高低压电器工作的可靠性。
  二 隔离技术
  当前的隔离技术主要有:变压器、光耦合器、iCoupler隔离器、电容隔离以及GMR隔离器,都提供电流隔离的典型方法,它们能阻断不共地两点之间的电流,同时允许数据顺利通过。所谓“隔离”是用来保护设备以防由电源浪涌或接地环路引起的高电压或电流而造成设备损坏或工作失常。如果不采用隔离,上述电流会引入噪声,降低数据传输可靠性,甚至会毁坏系统元件。
  1. 光耦合器
  光耦合器是应用范围较广的产品,它以光为媒介传输电信号,对输入、输出电信号有良好的隔离作用,一般由三部分组成:光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED),使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离,电信号传输具有单向性等特点,因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端是电流型工作的低阻元件,因而具有很强的共模抑制能力。光耦合器会占用很大的空间,传输频率也相当有限(最多仅数十个Mbps)。更糟的是,光耦合器的效能还会随着环境温度的增加而下降。随着系统温度升高,光耦合器的驱动电流需求在许多情形下会增加一倍,这是因为电流传送比(CTR,代表输入信号传送到输出端的比值)会随着温度从25℃升高至100℃而减少六成。这会增加光耦合器驱动电流和系统散热需求。
  2. iCoupler隔离器
  iCoupler技术基于芯片级变压器,采用晶圆级工艺直接在片上制作变压器。iCoupler变压器采用平面结构,在晶圆钝化层上使用CMOS金属和金构成。金层下有一个高击穿的聚酰亚胺层,将顶部的变压器线圈与底部的线圈隔离开来。连接顶部线圈和底部线圈的CMOS电路为每个变压器及其外部信号之间提供接口。使用传送到给定变压器初级端的1 ns脉冲对输入逻辑跳变进行编码。这些脉冲从变压器初级线圈耦合到次级线圈,并且由次级端电路检测。然后,该电路在输出端重新恢复成输入数字信号。此外,输入端还包含一个刷新电路,保证即使在没有输入跳变的情况下输出状态也与输入状态保持匹配。
  

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