磁耦是基于ADI公司iCoupler?磁隔離專利技術的隔離器件,也稱為磁隔離器。
中文名稱 | 磁耦 | 分類 | 隔離器件 |
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也稱為 | 磁隔離器 | 詞性 | 名詞 |
與傳統(tǒng)光耦相比,基于磁隔離技術的磁耦具有諸多優(yōu)勢:
磁耦消除了與光耦合器相關的不確定的電流傳送比率、非線性傳送特性以及隨時間漂移和隨溫度漂移問題;磁耦均帶有25KV/us的瞬態(tài)共模抑制能力,且能夠在電壓差峰值560V的環(huán)境下正常工作。磁耦器件可提供5000Vrms/min及6000V/10sec的電壓隔離保護,多種型號的磁耦帶有±15KV的ESD保護。
采用芯片級變壓器技術傳輸信號,消除光耦傳輸時的器件損耗。器件內部基本不存在損耗,
正常工作條件下至少達到50年工作壽命。
磁耦能夠在低功耗的條件下實現(xiàn)150Mbps的高速數據隔離,光耦鮮有如此高的傳輸速率,實現(xiàn)同樣高的傳輸速度,磁耦比光耦有著更高的性價比。磁耦芯片內部含有施密特電路,能夠對輸入輸出的電路濾波整形,因此可直接與各種高速控制芯片直接連接,如:DSP、ARM、PLC等。
磁耦基于芯片級變壓器傳輸原理,信號傳輸時幾乎不存在能量損耗,因此能以極低的功耗實現(xiàn)高度的數據隔離。相同速率下,其功耗僅為光耦的1/10~1/6。
磁隔離技術是通過采用晶圓級工藝直接在片上制作直徑約500um的變壓器來實現(xiàn)的。利用此平面變壓器的獨特特征以及一些創(chuàng)新的電路設計,磁隔離產品可以在不影響性能的前提下,在一個封裝內集成許多不同的特性與功能。磁耦采用的標準封裝:SOIC-8、SOIC_W-16及SOIC_W-20等。
磁耦的小體積及多種通道配置,是電路設計更加簡潔,應用更加靈活。集成的多種接口收發(fā)器使得接口隔離電路集成度更高,線路連接大大減少。
目前磁耦已大量應用于電力自動化、工業(yè)測量、樓宇控制、煤礦安全、安防消防、智能交通、流量計、運動控制、電機控制、汽車車體通訊、儀器儀表、航天航空等產品及領域;在鐵路、衛(wèi)星接收、醫(yī)療等領域的應用正逐步擴大,已經形成了在數字隔離方面全面取代光耦的趨勢。
磁耦工作原理
磁耦基于磁隔離技術,使用傳送到給定變壓器初級端的1 ns脈沖對輸入邏輯跳變進行編碼。這些脈沖從變壓器初級線圈耦合到次級線圈,并且由次級端電路檢測。然后,該電路在輸出端重新恢復成輸入數字信號。此外,輸入端還包含一個刷新電路,保證即使在沒有輸入跳變的情況下輸出狀態(tài)也與輸入狀態(tài)保持匹配。在加電情況下以及低速率波形輸入或長時間恒定直流輸入情況下,這一性能很重要。
由于磁耦的目的是將輸入和輸出信號隔離開來,所以變壓器初級端電路與變壓器次級端電路必須在隔離的芯片上。變壓器本身可以放置在任意芯片上,也可以放在第三個芯片上。
磁耦的一個顯著特點是能夠將發(fā)送和接收通道集成在同一個封裝中。由于iCoupler磁隔離變壓器本身是雙向的,所以只要將合適的電路放置在變壓器的任意一邊,信號就可以按照任意方向通過。按照這種工作方式,我們可采用多種收發(fā)通道配置來提供多通道隔離器。
磁耦的另一個新特點是:用于隔離數據信號的變壓器線圈還可用作為隔離DC/DC轉換器的變壓器。這樣就允許將數據隔離和電源隔離兩種功能都集成在一個封裝內,正如采用isoPower?技術的 ADuM540x系列iCoupler磁耦隔離器。
永磁耦合調速的機械特性比變頻調速和直流調速軟的多,響應速度低的多,因此在調速精度高,要求響應速度和機械特性硬的領域難以應用;永磁耦合調速難以實現(xiàn)制動;難以在卷揚機、吊車上應用。
磁耦產品種類繁多,一般情況下按功能進行區(qū)分 :
通用型多通道數字磁隔離器
靈活的通道配置,用來替代之前的光耦產品;
典型型號:ADUM1201、ADUM1411
隔離型RS-485收發(fā)器
高集成度及穩(wěn)定性,改變傳統(tǒng)的分立隔離方案;
典型型號:ADM2483、ADM2587E
隔離型RS-232收發(fā)器
完全的數據隔離,以單芯片實現(xiàn)RS-232接口隔離;
典型型號:ADM3251E
集成DC/DC的數字磁隔離器
集成電源隔離,使隔離電路設計更簡化;
典型型號:ADUM5401、ADUM5402
雙向信號磁隔離器
實現(xiàn)單路通道雙向隔離,適用于1-wire、2-wire總線;
典型型號:ADUM1250
門級驅動型磁隔離器
提供高邊及低邊控制信號隔離,直接驅動MOS管;
典型型號:ADUM5230
USB總線磁隔離器
業(yè)界首款USB總線信號隔離器;
典型型號:ADUM4160
隔離型A/D轉換器
16位Σ-Δ型ADC與磁隔離技術的結合。
典型型號:AD7400、AD7401
磁耦能實現(xiàn)從DC直流信號到150Mbps高速信號的隔離傳輸,高達5000Vrms/min的隔離電壓及25KV/us共模抑制和±15KV的ESD保護。
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在電路設計中,數字信號的隔離傳輸電路是比較常用電路之一,一般的磁耦合隔離電路只適合于傳輸高頻信號,對于低頻或直流信號則無能為力。為了實現(xiàn)磁耦合隔離電路傳輸低頻信號的功能,用一串窄脈沖代表數字信號的狀態(tài)改變,以窄脈沖的磁隔離傳輸代替低頻數字信號的磁隔離傳輸,以上電復位電路確定磁隔離傳輸電路的初始狀態(tài),在確定的初始狀態(tài)和信號狀態(tài)變化脈沖的共同作用下,在磁隔離電路的輸出端完整恢復需要傳輸的數字信號,從而實現(xiàn)低頻或直流信號的磁耦隔離傳輸。使用該設計可以拓展磁耦合隔離技術的應用領域,降低電路功耗。
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首先對磁耦合諧振式無線能量傳輸模型進行了理論分析,在此基礎上設計了無線充電系統(tǒng)設計的總拓撲結構,并設計了收發(fā)端控制電路,以此實現(xiàn)無線充電功能。
若兩個線圈的磁場存在相互作用,則稱這兩個線圈磁耦合。如表1所示為具有磁耦合的兩個線圈,線圈1和2的匝數分別為
《永磁耦合聯(lián)軸器自對中保護裝置》所要解決的技術問題是提供一種結構緊湊簡單,對安裝精度要求低,傳動平穩(wěn)可靠的永磁耦合聯(lián)軸器自對中保護裝置。
《永磁耦合聯(lián)軸器自對中保護裝置》的永磁耦合聯(lián)軸器自對中保護裝置,包括第一轉子和第二轉子,第一轉子和第二轉子上分別安裝相互耦合并可傳遞扭矩的永磁體,其特征在于:所述第一轉子和第二轉子上分別安裝有同軸的內錐部分和外錐部分,所述內錐部分和外錐部分具有錐度相配合的內外錐面,所述內錐部分和外錐部分中至少有一個能夠通過軸向調節(jié)機構調節(jié)其軸向位置。
所述第一轉子為同軸設置的具有內外套筒結構的內永磁轉子,所述第二轉子為具有內環(huán)槽的外永磁轉子,永磁體分別為內永磁轉子中內套筒的外壁上外永磁體和外永磁轉子的內壁上的內永磁體,外永磁轉子套在內永磁轉子的內外套筒之間并能夠使內永磁體與外永磁體位置對應;所述外錐部分為套在外永磁轉子外圍的外錐套,所述內錐部分為內永磁轉子中外套筒的內壁形成的能夠與外錐套的外錐面相配合的內錐面。
所述調節(jié)機構包括外錐套的后端面上分布有通孔和外錐套螺紋孔和外永磁轉子的后端面上設置有與通孔位置對應的外永磁轉子螺紋孔,所述外錐套與外永磁轉子能夠由一號螺栓穿過通孔將其相互旋緊,所述外錐套螺紋孔能夠旋入二號螺栓并使其頂端頂壓在外永磁轉子的后端面上。
所述外錐套的內表面與外永磁轉子的外表面之間間隙配合。
所述通孔的直徑大于一號螺栓的直徑。
所述內永磁轉子中內套筒的外壁與外永磁轉子的內壁之間形成氣隙A,所述氣隙A的取值范圍為2-5毫米,所述外錐套與內永磁轉子中內套筒的外壁之間形成氣隙B,所述氣隙B的取值范圍為0.3-0.8毫米。
《永磁耦合聯(lián)軸器自對中保護裝置》的優(yōu)點在于:
1、采用錐面配合自動定心原理,能確保兩永磁轉子之間的氣隙均勻度從而保證了磁力聯(lián)軸器的耦合性能;
2、由于氣隙B<氣隙A,因此內、外轉子的磁鋼永不會吸附到一起從而避免了兩轉子“粘”在一起難以分開的困難;
3、由于隙B<氣隙A,即使驅動軸或負載軸端產生橫向位移,內外轉子打滑,也不會導致內、外轉子磁鋼之間產生摩擦從而保護磁鋼不被損毀,保證了磁力聯(lián)軸器的安全。
圖1為《永磁耦合聯(lián)軸器自對中保護裝置》永磁耦合聯(lián)軸器自對中保護裝置的結構示意圖。