你的位置:首页 > EMC安规 > 正文

利用isoPower器件屏蔽电源,从而提高精度

发布时间:2020-08-05 责任编辑:wenwei

【导读】许多传感器接口应用要求信号和电源隔离。为了运行模数转换器(ADC)、提供传感器偏置以及实现数字信号隔离,电源是必需的,但隔离电源的开关噪声可能会影响高精度测量。例如,当ADuM5201 isoPower的储能电路工作时,会产生360 MHz的噪声。如果该噪声与ADC的采样时间重合,噪声将耦合到传感器偏置、ADC电源或基准电压源中,导致测量丧失一定的保真度。为减少干扰,数字系统的常规做法是在时钟沿之间开始ADC转换,确保开关噪声不与电压转换相互作用。
 
isoPower产品的工作方式是让一个高电流储能振荡器在内部微变压器中运行。电源被耦合到副边,然后整流为直流。副边调节输出电压,产生一个PWM式信号,并通过一个iCoupler®数据通道将其送回原边,从而根据副边电源和电压需求开关储能振荡器。ADI公司有多款isoPower器件允许通过外部引脚直接控制储能电路,因此一个公共PWM信号就能控制多个isoPower器件。当ADC进行高保真度转换时,可以利用这一特性来消除储能电路噪声。ADuM520x、ADuM620x、ADuM5000和ADuM6000可以用作外部主控制器的从机,支持这种功能的控制线可以接受用来禁用储能电路的BLANK(屏蔽)信号。使用两条控制线: RCIN和RCSEL。
 
利用isoPower器件屏蔽电源,从而提高精度
图1. 隔离低噪声ADC电路
 
RCSEL选择储能控制电路的信号源:从副边上的调节电路获得的PWM信号或者提供给RCIN的信号。如果RCIN线接低电平,则RCSEL的作用是在副边控制器进行调节与强制振荡器关闭之间选择其一。
 
当振荡器关闭时,输出电压以负载(等效电阻RLOAD)和VISO上大电容的值(CLOAD)所确定的速率降低,电压骤降时间常数为RLOAD × CLOAD。当RCSEL信号变回高电平时,控制环路将VISO重新驱动到调节设定点。
 
图1所示电路采用12位ADC、具有I2C数据接口的AD7896构建,说明了该技术的重要特点。为简明起见,所示电路没有显示旁路电容和上拉电阻等许多无源元件,但完整的原理图应适当添加这些元件。器件通过I2C接口与控制器通信,因此利用ADuM1250来隔离数据通信。ADuM5201用于提供电源并隔离ADC的转换开始和BUSY信号。
 
当CONVST信号变为低电平并持续t1= 40 ns时,转换开始(参见图2)。在转换过程中,BUSY信号变为高电平并持续约4 µs,表示数据尚未就绪,无法进行转换。然后,BUSY线变回低电平,数据可以通过I2C总线的SCLK线输出。
 
利用isoPower器件屏蔽电源,从而提高精度
图2. 系统时序图
 
BLANK信号将RCSEL引脚拉低,从而屏蔽来自ADuM5201的电源。当电源振荡器活动时,需要大约100 ns才能将其关闭,因此BLANK信号应持续t0 > 100 ns,确保输出电源是平静的。为实现最高精度的转换,可以使振荡器在特定ACD要求的时间内保持关闭。本例中,在BUSY信号变回低电平之前,电源一直处于关闭状态。BLANK信号的作用如图3所示:在施加BLANK信号之前,可以清楚地看到储能电路噪声;大约100 ns后,储能电路关闭。
 
利用isoPower器件屏蔽电源,从而提高精度
图3. 从BLANK脉冲到电源噪声消失的延迟时间
 
利用isoPower器件屏蔽电源,从而提高精度
图4. 10 mA负载下的完整运作和BLANK脉冲引起的24 mV电压下降
 
isoPower器件的一个完整屏蔽周期如图4所示,数据是在5 μs屏蔽脉冲、10 mA负载和CLOAD =10 μF条件下获得的。重要特点包括:以大约600 kHz速率出现的周期性储能振荡器噪声、各振荡器突发脉冲之间的标准纹波,以及屏蔽脉冲引起的输出下降。本例中,5 μs BLANK脉冲引起的输出电压下降仅为24 mV,只比输出中的标准纹波多几倍,对ADC测量的影响微不足道。isoPower器件在大20 μs内恢复到输出设定点,此时系统就绪,可以进行下一次测量。该方法灵活方便,只需根据负载和屏蔽时间的变化调整CLOAD的值,使电压下降处于所需的电平,就能轻松适应许多时序要求,从而以ADC的极限精度进行测量。
 
 
推荐阅读:
 
差异数据传输:有什么区别?
贸泽电子荣获MEAN WELL颁发的年度最佳分销商奖
ADI公司收购INVECAS的HDMI业务,以扩展高性能音视频能力
新型功率开关技术和隔离式栅极驱动器不断变化的格局
在太阳能逆变器中利用iCoupler数字隔离器进行设计
特别推荐
技术文章更多>>
技术白皮书下载更多>>
热门搜索

关闭

关闭