性能與成本兼?zhèn)洌恍竞?jiǎn)化隔離電源設(shè)計(jì)

工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，考慮到耐高壓、安全、抗噪等因素，對(duì)隔離設(shè)計(jì)的需求越來(lái)越廣泛，而將信號(hào)/功率轉(zhuǎn)化為隔離的方式進(jìn)行傳輸一直是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。納芯微作為隔離技術(shù)的引領(lǐng)者，一直致力于探索更高集成度、高可靠性、高性?xún)r(jià)比的隔離電源方案。本文介紹了納芯微集成隔離電源3CH數(shù)字隔離方案，將有效助力開(kāi)發(fā)者簡(jiǎn)化工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

基于片上變壓器的隔離電源方案

按照不同需求，系統(tǒng)中的隔離供電可劃分為驅(qū)動(dòng)隔離供電、采樣隔離供電、通信隔離供電三個(gè)部分，其中，驅(qū)動(dòng)/采樣隔離供電因功率相對(duì)較大、布局相對(duì)集中，更傾向于采用變壓器外置/多繞組輸出的供電方案；而對(duì)于通信隔離供電，因其布局相對(duì)遠(yuǎn)離系統(tǒng)主功率回路，且功耗相對(duì)較低，獨(dú)立隔離電源模塊的形式往往更受青睞。

納芯微NIRSP31采用業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的片上變壓器技術(shù)，單芯片集成了隔離電源和三通道數(shù)字隔離器，并使用先進(jìn)的LGA封裝(4mm×5mm)工藝，相對(duì)于傳統(tǒng)的獨(dú)立隔離電源模塊+光耦/數(shù)字隔離器的方案，極大地減小了PCB布板面積和高度，可進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本。

*上表中隔離電源模塊參數(shù)針對(duì)某單一料號(hào)，不同物料規(guī)格存在一定差異

上表為NIRSP31與傳統(tǒng)的隔離電源模塊方案的詳細(xì)參數(shù)對(duì)比，總結(jié)來(lái)說(shuō)，NIRSP31有如下優(yōu)勢(shì)：

• 方案面積減少>200%
• 方案成本降低>15%
• 配置靈活，輸出5V/3.3V可選
• 集成閉環(huán)控制電路，負(fù)載調(diào)整率優(yōu)
• 更寬的工作溫度范圍(-40~125℃)，輸出功率溫度降額低
• 具有使能(EN)引腳，適用于低靜態(tài)功耗要求應(yīng)用
• 原副邊寄生電容小，抗共模干擾能力強(qiáng)
• 3000Vrms一分鐘絕緣耐壓
• 集成短路保護(hù)/過(guò)溫保護(hù)/欠壓保護(hù)
• 全自動(dòng)化封裝，高可靠性，低失效率
• 相較于光耦，傳輸速率高，壽命長(zhǎng)

高集成度、高可靠性、高性?xún)r(jià)比的隔離電源3CH數(shù)字隔離器NIRSP31

關(guān)鍵參數(shù)

• 3kVrms的絕緣耐壓
• 支持單獨(dú)MCU I/O電平VDDL
• 供電電壓：
  VDD: 4.5~5.5V NIRSP31
  3~3.6V/4.5~5.5V NIRSP31V

VDDL: 1.8~3.6V/4.5~5.5V

• 輸出：
  80mA @5V->5V/3.3V
  60mA @3.3V->3.3V
• 欠壓保護(hù)、短路保護(hù)和過(guò)溫保護(hù)
• 數(shù)據(jù)速率：20Mbps
• 傳輸延時(shí)：<75ns
• CMTI：±50kV/us
• 工作溫度：-40~125℃
• 封裝：LGA-18(4.00mm × 5.00mm)

應(yīng)用場(chǎng)景

• 兩輪車(chē)BMS
• 通信備電BMS
• 戶(hù)用BMS
• 工業(yè)電表
• 空氣斷路器

工業(yè)BMS：納芯微一站式解決方案

在工業(yè)BMS的應(yīng)用中，NIRSP31可用于電池包MCU與外部ECU間的485和CAN通信隔離，無(wú)需再外加隔離電源和輸出側(cè)LDO(良好的負(fù)載調(diào)整率)，確保通信的連續(xù)性，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

工業(yè)BMS典型框圖

同時(shí)，納芯微也提供工業(yè)BMS一站式解決方案，包括雙向I2C隔離器 NSI8100、RS485收發(fā)器NCA3485/NCA3491、CAN收發(fā)器NCA1042/NCA1051、以及雙路低邊驅(qū)動(dòng)器NSD1025。

NIRSP31 Demo板

為方便評(píng)估，納芯微提供隔離RS485通信Demo板NIRSP31+NCA3485，隔離CAN通信Demo板NIRSP31+NCA1042。