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萬(wàn)訊F系列隔離柵:如何實(shí)現(xiàn)10ppm /℃的低溫漂

發(fā)布日期:2022-07-14 點(diǎn)擊率:70

        溫漂的概念
        電子產(chǎn)品的工作受到環(huán)境溫度影響較大,隔離柵也不例外。當(dāng)隔離柵工作環(huán)境的溫度發(fā)生變化時(shí),其性能發(fā)發(fā)生變化,比如說(shuō)輸入不變,輸出變大或變小,這就是通常所說(shuō)的溫漂。常見(jiàn)的隔離柵溫漂為%F.S /℃(等效為100 ppm /℃,相當(dāng)于溫度變化10℃,輸出變化千分之一),也就是說(shuō)輸入4~20mA的產(chǎn)品,溫度變化10℃,其輸出變化不應(yīng)該超過(guò)16uA。所以,溫漂是衡量一個(gè)產(chǎn)品的溫度穩(wěn)定性(溫度適應(yīng)性)的指標(biāo)。溫漂越低越好!
       
如何實(shí)現(xiàn)低溫漂
        開(kāi)關(guān)信號(hào)隔離柵對(duì)溫漂不敏感,模擬信號(hào)隔離柵則有溫漂要求,典型產(chǎn)品為:電流信號(hào)隔離柵和溫度變送隔離柵。
       
電流信號(hào)隔離柵
        由于電子技術(shù)的進(jìn)步(單片機(jī)的廣泛使用),部分產(chǎn)品智能化,如溫度變送器,其基本原理如下:信號(hào)輸入后,經(jīng)過(guò)放大,轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)運(yùn)算,隔離,轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào),放大,輸出。在這個(gè)過(guò)程中,放大和轉(zhuǎn)換過(guò)程中,使用模擬電路、轉(zhuǎn)換電路以及電壓基準(zhǔn)都會(huì)帶來(lái)溫漂,因此需要選擇高性能的元器件。
        F系列溫變產(chǎn)品選用ADI公司(以制作高性能轉(zhuǎn)換器著稱(chēng))的ADC(模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器)、電壓基準(zhǔn)、運(yùn)算放大器,這些都具有極低的溫漂。比如電壓基準(zhǔn)的溫漂是8ppm /℃,比較而言,國(guó)內(nèi)較多公司使用的電壓基準(zhǔn)是廉價(jià)的TL431,其溫漂為100ppm /℃左右,這樣整機(jī)的溫漂就難以改善。

        

        電流信號(hào)隔離柵
        隔離柵中使用較多的是電流信號(hào)隔離柵,輸入4~20mA,輸出4~20mA,有多種方法可實(shí)現(xiàn)其隔離,常見(jiàn)的有電壓調(diào)制隔離、線(xiàn)性光耦隔離、電流調(diào)制隔離。

       

        電壓調(diào)制隔離:將電流信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻轉(zhuǎn)換為電壓,將電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制解調(diào)電路實(shí)現(xiàn)隔離,再轉(zhuǎn)換為電流輸出。由于多次轉(zhuǎn)換,所涉及到的電阻必然帶來(lái)溫漂。其中調(diào)制電路所用三極管或場(chǎng)效應(yīng)管是溫度敏感元件,一定程度上加劇了溫漂。
        線(xiàn)性光耦隔離:將電流信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻轉(zhuǎn)換為電壓,將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為nA級(jí)的電流,經(jīng)過(guò)光耦1:1電流輸出,轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),再轉(zhuǎn)換為電流輸出。這個(gè)方案可獲得較高的隔離性能和響應(yīng)指標(biāo),但是由于線(xiàn)性光耦自身有較大溫漂(%F.S /℃),多次轉(zhuǎn)換也帶來(lái)了溫漂。
        電流調(diào)制隔離方案直接調(diào)制電流信號(hào),不需要轉(zhuǎn)換,不會(huì)有電阻溫漂;電流信號(hào)也不受三極管或場(chǎng)效應(yīng)管等效電阻影響,因此也可以做到極低溫漂。

        目前同行之中有類(lèi)似的隔離方案,但是核心元件是磁環(huán)而非平板變壓器。磁環(huán)的繞組分段繞制并灌封樹(shù)脂,或內(nèi)外層繞制中間加隔離塑殼,導(dǎo)致繞組之間不能緊密耦合,調(diào)制的效果差,表現(xiàn)就是整機(jī)誤差較大,更麻煩的是由于加工工藝不能保證一致性,隔離線(xiàn)圈個(gè)體差異較大,批量一致性不好。為了解決這個(gè)問(wèn)題,往往增加電位器來(lái)調(diào)整,卻又增加了溫漂和降低了可靠性。


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