Tant que le circuit d'alimentation a le potentiel d'interagir avec d'autres circuits, matériel, infrastructures ou utilisateurs humains, des situations de surtension destructrices peuvent survenir.L'isolation physique ou électronique (communément appelée isolation électrique) entre les points d'interaction actuels et potentiels est cruciale pour la sécurité et le fonctionnement continu des circuitsL'isolation peut également réduire le bruit inutile dans le signal de sortie.
Les exigences d'isolation sont très courantes dans les robots, les équipements de réseaux électriques haute tension, les équipements d'atelier d'usine, les applications automobiles et les produits de consommation.Il est également nécessaire d'examiner la spécificité de la demande., comme la tension d'entrée variable, l'utilisation de la batterie ou la nécessité d'un emballage compact.
Pour sélectionner les bons composants d'isolation, les concepteurs doivent comprendre les avantages, les inconvénients et la composition des différentes structures d'isolation.Ils peuvent adopter les méthodes les plus efficaces, fiables et économes en espace dans la conception électronique.
Apprenez à connaître l'isolateur.
L'isolation électrique peut être réalisée de différentes manières, mais elles ont toutes un principe de base commun: l'entrée haute tension du côté primaire est isolée de la basse tension,côté secondaire à faible courant à travers certaines barrières physiquesLes détails de la barrière d'isolation et la méthode de transmission de la puissance, des signaux ou des deux à travers la barrière d'isolation dépendent du type d'isolateur.
L'optocoupleur utilise des LED pour convertir le signal du côté primaire des impulsions électriques en photons.ou transistors à effet de champ photoélectrique qui reçoivent des photons et les convertissent en signaux électriquesEn plus d'isoler physiquement les circuits primaire et secondaire, les optocoupleurs peuvent également éliminer automatiquement le bruit inutile dans le signal de sortie et éviter les boucles de mise à la terre.
Dans un coupleur magnétique, la tension sur l'enroulement primaire du transformateur génère un champ magnétique.en transmettant ainsi des signaux électriques tout en maintenant l'isolation électriqueLes transformateurs peuvent avoir deux enroulements indépendants sur un seul noyau en fer, ou ils peuvent être deux inducteurs, chacun avec une enroulement autour de son propre noyau en fer, séparés par un matériau isolant.La raison pour laquelle les concepteurs choisissent l'accouplement magnétique est parce qu'il a une capacité de haute tensionCependant, la taille de l'isolateur, la possibilité de générer de la chaleur, le fait que le système de chauffage est plus rapide et plus rapide, et la capacité de filtrer le bruit du signal,et la génération d'interférences électromagnétiques doivent également être prises en considération.
Le coupleur capacitif utilise un condensateur composé de deux électrodes séparées par un matériau diélectrique.Cela génère un champ électrique et induit une tension sur l'électrode secondaireLes accouplements capacitifs sont connus pour leur petite taille, leur faible consommation d'énergie et leur réponse rapide aux changements d'entrée.les rendant pratiques et efficaces pour la transmission de signaux électriques à travers les portes d'isolationLes concepteurs doivent prendre des mesures pour protéger les accouplements capacitifs contre les effets de la tension d'entrée, de l'humidité ambiante et de la rupture diélectrique qui dépassent leurs capacités.
Déployer des isolants numériques
Chacun des types d'isolateurs ci-dessus peut être intégré dans un système d'isolateur numérique sur un circuit intégré (CI).Ces structures topologiques peuvent être intégrées avec des modules de puissance ou des composants de transmission de signal pour former un système d'isolement numérique complet sur une seule puceLes structures topologiques communes des systèmes d'isolement numérique comprennent le retour en arrière, le demi-pont et le push-pull.
L'alimentation en retour adopte une forme d'isolation magnétique qui combine un inducteur de shunt avec un convertisseur de boost buck pour construire un transformateur,en augmentant ou en diminuant la tension de l'entrée de courant continu (CC) pour correspondre à la sortie requise. La rétroaction du convertisseur de boost est fournie par un enroulement inducteur à trois étages ou un optocoupleur.mais les concepteurs doivent être conscients que des EMI inutiles peuvent être générés.
La conception du demi-pont (pont H) comprend un générateur d'ondes carrées à pont H, un circuit résonant composé de deux inducteurs et d'un condensateur (LLC),et deux redresseurs pouvant fournir la tension de sortie CC requisePar rapport à certaines conceptions, les redresseurs peuvent obtenir une puissance de sortie plus élevée, et il est recommandé d'utiliser la conception d'isolation de pont H pour les applications de puissance moyenne.
L'alimentation isolée push-pull utilise deux transformateurs pour l'accouplement magnétique.Les deux diodes rectificateur de pont complet sur le côté secondaire peuvent prédire les changements de tension et de les régler à des sorties symétriques.
Pour améliorer le contrôle, les concepteurs peuvent choisir d'ajouter des drivers de transformateur au dispositif push-pull.et un contrôleur logique pour coordonner l'ouverture et la fermeture des interrupteurs en mode BBMCe mode peut générer un signal de sortie relativement constant tout en protégeant les composants internes et en aval des dommages causés par la connexion simultanément de deux commutateurs.
Les systèmes avec conducteurs de transformateurs peuvent également utiliser des régulateurs linéaires à faible dérapage (LDO) pour contrôler la sortie, remplacer les diodes rectificatrices ou améliorer leur fonctionnalité.La différence de tension est la différence minimale entre la tension d'entrée et la tension de sortieDans le cas de la LDO, cette différence est extrêmement faible, assurant un fonctionnement fiable sur une large plage de tension d'entrée.