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性能与成本兼备,一芯简化隔离电源设计

2023/02/14


工业系统设计中,考虑到耐高压、安全、抗噪等因素,对隔离设计的需求越来越广泛,而将信号/功率转化为隔离的方式进行传输一直是系统设计的难点之一。纳芯微一直致力于探索更高集成度、高可靠性、高性价比的隔离电源方案。本文介绍了纳芯微集成隔离电源3CH数字隔离方案,将有效助力开发者简化工业系统设计。

基于片上变压器的隔离电源方案

按照不同需求,系统中的隔离供电可划分为驱动隔离供电、采样隔离供电、通信隔离供电三个部分,其中,驱动/采样隔离供电因功率相对较大、布局相对集中,更倾向于采用变压器外置/多绕组输出的供电方案;而对于通信隔离供电,因其布局相对远离系统主功率回路,且功耗相对较低,独立隔离电源模块的形式往往更受青睐。

纳芯微NIRSP31采用业内领先的片上变压器技术,单芯片集成了隔离电源和三通道数字隔离器,并使用先进的LGA封装(4mm×5mm)工艺,相对于传统的独立隔离电源模块+光耦/数字隔离器的方案,极大地减小了PCB布板面积和高度,可进一步降低系统成本。



  隔离电源模块+3CH光耦+CAN/RS485收发器  

   NIRSP31+CAN/RS485收发器  

方案布局

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 平均布板面积 

1600mm2

480mm2

 输入电压范围 

4.5~5.5V

4.5~5.5V (NIRSP31)

 3.0~3.6/4.5~5.5V (NIRSP31V) 

 输出电压范围 

5V

5V/3.3V可选

负载调整率(Typ)

12%

0.4%

工作温度

-40~105℃

-40~125℃

输出功率@25℃

1W

400mW

输出功率@105℃

0W

400mW

使能功能

N

Y

  原副边寄生电容(Typ)  

20pF

2.6pF

 CMTI(min) 

NA

50(kV/us)

 绝缘电压 

1500Vdc

3000Vrms

 传输速率 

取决于所选光耦/隔离器

20Mbps

 保护功能 

短路保护

 短路保护/过温保护/欠压保护 

*上表中隔离电源模块参数针对某单一料号,不同物料规格存在一定差异

图:NIRSP31与传统隔离电源模块方案的详细参数对比


上表为NIRSP31与传统的隔离电源模块方案的详细参数对比,总结来说,NIRSP31有如下优势:

- 方案面积减少>200%

- 方案成本降低>15%

- 配置灵活,输出5V/3.3V可选

- 集成闭环控制电路,负载调整率优

- 更宽的工作温度范围(-40~125℃),输出功率温度降额低

- 具有使能(EN)引脚,适用于低静态功耗要求应用

- 原副边寄生电容小,抗共模干扰能力强

- 3000Vrms一分钟绝缘耐压

- 集成短路保护/过温保护/欠压保护

- 全自动化封装,高可靠性,低失效率

- 相较于光耦,传输速率高,寿命长


高集成度、高可靠性、高性价比的隔离电源3CH数字隔离器NIRSP31

关键参数:

- 3kVrms的绝缘耐压

- 支持单独MCU I/O电平VDDL

- 供电电压:

     - VDD: 4.5~5.5V NIRSP31

                 3~3.6V/4.5~5.5V NIRSP31V

     - VDDL: 1.8~3.6V/4.5~5.5V

- 输出:

     - 80mA @5V->5V/3.3V

     - 60mA @3.3V->3.3V

- 欠压保护、短路保护和过温保护

- 数据速率:20Mbps

- 传输延时:<75ns

- CMTI:±50kV/us

- 工作温度:-40~125℃

- 封装:LGA-18(4.00mm × 5.00mm)

应用场景:

- 两轮车BMS

- 通信备电BMS

- 户用BMS

- 工业电表

- 空气断路器


工业BMS: 纳芯微一站式解决方案

在工业BMS的应用中,NIRSP31可用于电池包MCU与外部ECU间的485和CAN通信隔离,无需再外加隔离电源和输出侧LDO(良好的负载调整率),确保通信的连续性,保证系统的正常运行。


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图:工业BMS典型框图


同时,纳芯微也提供工业BMS一站式解决方案,包括双向I2C隔离器 NSI8100、RS485收发器NCA3485/NCA3491、CAN收发器NCA1042/NCA1051、以及双路低边驱动器NSD1025。


NIRSP31 Demo板



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图:隔离RS485通信Demo板

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图:隔离CAN通信Demo板

为方便评估,纳芯微提供隔离RS485通信Demo板NIRSP31+NCA3485,隔离CAN通信Demo板NIRSP31+NCA1042,如需申请或订购产品,可邮件至sales@novosns.com或拨打电话0512-62601802。更多信息,敬请访问www.novosns.com。