磁耦是基于ADI公司iCoupler?磁隔離專利技術(shù)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(shù)的磁耦具有諸多優(yōu)勢(shì):
磁耦消除了與光耦合器相關(guān)的不確定的電流傳送比率、非線性傳送特性以及隨時(shí)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(hù),多種型號(hào)的磁耦帶有±15KV的ESD保護(hù)。
采用芯片級(jí)變壓器技術(shù)傳輸信號(hào),消除光耦傳輸時(shí)的器件損耗。器件內(nèi)部基本不存在損耗,
正常工作條件下至少達(dá)到50年工作壽命。
磁耦能夠在低功耗的條件下實(shí)現(xiàn)150Mbps的高速數(shù)據(jù)隔離,光耦鮮有如此高的傳輸速率,實(shí)現(xiàn)同樣高的傳輸速度,磁耦比光耦有著更高的性價(jià)比。磁耦芯片內(nèi)部含有施密特電路,能夠?qū)斎胼敵龅碾娐窞V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(jí)變壓器傳輸原理,信號(hào)傳輸時(shí)幾乎不存在能量損耗,因此能以極低的功耗實(shí)現(xiàn)高度的數(shù)據(jù)隔離。相同速率下,其功耗僅為光耦的1/10~1/6。
磁隔離技術(shù)是通過采用晶圓級(jí)工藝直接在片上制作直徑約500um的變壓器來實(shí)現(xiàn)的。利用此平面變壓器的獨(dú)特特征以及一些創(chuàng)新的電路設(shè)計(jì),磁隔離產(chǎn)品可以在不影響性能的前提下,在一個(gè)封裝內(nèi)集成許多不同的特性與功能。磁耦采用的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔,應(yīng)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(yīng)用于電力自動(dòng)化、工業(yè)測(cè)量、樓宇控制、煤礦安全、安防消防、智能交通、流量計(jì)、運(yùn)動(dòng)控制、電機(jī)控制、汽車車體通訊、儀器儀表、航天航空等產(chǎn)品及領(lǐng)域;在鐵路、衛(wèi)星接收、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用正逐步擴(kuò)大,已經(jīng)形成了在數(shù)字隔離方面全面取代光耦的趨勢(shì)。
磁耦工作原理
磁耦基于磁隔離技術(shù),使用傳送到給定變壓器初級(jí)端的1 ns脈沖對(duì)輸入邏輯跳變進(jìn)行編碼。這些脈沖從變壓器初級(jí)線圈耦合到次級(jí)線圈,并且由次級(jí)端電路檢測(cè)。然后,該電路在輸出端重新恢復(fù)成輸入數(shù)字信號(hào)。此外,輸入端還包含一個(gè)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(zhǎng)時(shí)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(hào)隔離開來,所以變壓器初級(jí)端電路與變壓器次級(jí)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(gè)芯片上。
磁耦的一個(gè)顯著特點(diǎn)是能夠?qū)l(fā)送和接收通道集成在同一個(gè)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(hào)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(gè)新特點(diǎn)是:用于隔離數(shù)據(jù)信號(hào)的變壓器線圈還可用作為隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器的變壓器。這樣就允許將數(shù)據(jù)隔離和電源隔離兩種功能都集成在一個(gè)封裝內(nèi),正如采用isoPower?技術(shù)的 ADuM540x系列iCoupler磁耦隔離器。
永磁耦合器的缺點(diǎn)啥? 為什么感覺國(guó)內(nèi)應(yīng)用的不廣泛?
永磁耦合調(diào)速的機(jī)械特性比變頻調(diào)速和直流調(diào)速軟的多,響應(yīng)速度低的多,因此在調(diào)速精度高,要求響應(yīng)速度和機(jī)械特性硬的領(lǐng)域難以應(yīng)用;永磁耦合調(diào)速難以實(shí)現(xiàn)制動(dòng);難以在卷?yè)P(yáng)機(jī)、吊車上應(yīng)用。
磁耦產(chǎn)品種類繁多,一般情況下按功能進(jìn)行區(qū)分 :
通用型多通道數(shù)字磁隔離器
靈活的通道配置,用來替代之前的光耦產(chǎn)品;
典型型號(hào):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(hào):ADM2483、ADM2587E
隔離型RS-232收發(fā)器
完全的數(shù)據(jù)隔離,以單芯片實(shí)現(xiàn)RS-232接口隔離;
典型型號(hào):ADM3251E
集成DC/DC的數(shù)字磁隔離器
集成電源隔離,使隔離電路設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)化;
典型型號(hào):ADUM5401、ADUM5402
雙向信號(hào)磁隔離器
實(shí)現(xiàn)單路通道雙向隔離,適用于1-wire、2-wire總線;
典型型號(hào):ADUM1250
門級(jí)驅(qū)動(dòng)型磁隔離器
提供高邊及低邊控制信號(hào)隔離,直接驅(qū)動(dòng)MOS管;
典型型號(hào):ADUM5230
USB總線磁隔離器
業(yè)界首款USB總線信號(hào)隔離器;
典型型號(hào):ADUM4160
隔離型A/D轉(zhuǎn)換器
16位Σ-Δ型ADC與磁隔離技術(shù)的結(jié)合。
典型型號(hào):AD7400、AD7401
磁耦能實(shí)現(xiàn)從DC直流信號(hào)到150Mbps高速信號(hào)的隔離傳輸,高達(dá)5000Vrms/min的隔離電壓及25KV/us共模抑制和±15KV的ESD保護(hù)。
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在電路設(shè)計(jì)中,數(shù)字信號(hào)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(hào),對(duì)于低頻或直流信號(hào)則無能為力。為了實(shí)現(xiàn)磁耦合隔離電路傳輸?shù)皖l信號(hào)的功能,用一串窄脈沖代表數(shù)字信號(hào)的狀態(tài)改變,以窄脈沖的磁隔離傳輸代替低頻數(shù)字信號(hào)的磁隔離傳輸,以上電復(fù)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(hào)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(fù)需要傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)低頻或直流信號(hào)的磁耦隔離傳輸。使用該設(shè)計(jì)可以拓展磁耦合隔離技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域,降低電路功耗。
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首先對(duì)磁耦合諧振式無線能量傳輸模型進(jìn)行了理論分析,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了無線充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并設(shè)計(jì)了收發(fā)端控制電路,以此實(shí)現(xiàn)無線充電功能。
若兩個(gè)線圈的磁場(chǎng)存在相互作用,則稱這兩個(gè)線圈磁耦合。如表1所示為具有磁耦合的兩個(gè)線圈,線圈1和2的匝數(shù)分別為
《永磁耦合聯(lián)軸器自對(duì)中保護(hù)裝置》所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單,對(duì)安裝精度要求低,傳動(dòng)平穩(wěn)可靠的永磁耦合聯(lián)軸器自對(duì)中保護(hù)裝置。
《永磁耦合聯(lián)軸器自對(duì)中保護(hù)裝置》的永磁耦合聯(lián)軸器自對(duì)中保護(hù)裝置,包括第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子,第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子上分別安裝有同軸的內(nèi)錐部分和外錐部分,所述內(nèi)錐部分和外錐部分具有錐度相配合的內(nèi)外錐面,所述內(nèi)錐部分和外錐部分中至少有一個(gè)能夠通過軸向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)其軸向位置。
所述第一轉(zhuǎn)子為同軸設(shè)置的具有內(nèi)外套筒結(jié)構(gòu)的內(nèi)永磁轉(zhuǎn)子,所述第二轉(zhuǎn)子為具有內(nèi)環(huán)槽的外永磁轉(zhuǎn)子,永磁體分別為內(nèi)永磁轉(zhuǎn)子中內(nèi)套筒的外壁上外永磁體和外永磁轉(zhuǎn)子的內(nèi)壁上的內(nèi)永磁體,外永磁轉(zhuǎn)子套在內(nèi)永磁轉(zhuǎn)子的內(nèi)外套筒之間并能夠使內(nèi)永磁體與外永磁體位置對(duì)應(yīng);所述外錐部分為套在外永磁轉(zhuǎn)子外圍的外錐套,所述內(nèi)錐部分為內(nèi)永磁轉(zhuǎn)子中外套筒的內(nèi)壁形成的能夠與外錐套的外錐面相配合的內(nèi)錐面。
所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)子的后端面上設(shè)置有與通孔位置對(duì)應(yīng)的外永磁轉(zhuǎn)子螺紋孔,所述外錐套與外永磁轉(zhuǎn)子能夠由一號(hào)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(hào)螺栓并使其頂端頂壓在外永磁轉(zhuǎn)子的后端面上。
所述外錐套的內(nèi)表面與外永磁轉(zhuǎn)子的外表面之間間隙配合。
所述通孔的直徑大于一號(hào)螺栓的直徑。
所述內(nèi)永磁轉(zhuǎn)子中內(nèi)套筒的外壁與外永磁轉(zhuǎn)子的內(nèi)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(nèi)永磁轉(zhuǎn)子中內(nèi)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(duì)中保護(hù)裝置》的優(yōu)點(diǎn)在于:
1、采用錐面配合自動(dòng)定心原理,能確保兩永磁轉(zhuǎn)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<?xì)庀禔,因此內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的磁鋼永不會(huì)吸附到一起從而避免了兩轉(zhuǎn)子“粘”在一起難以分開的困難;
3、由于隙B<?xì)庀禔,即使驅(qū)動(dòng)軸或負(fù)載軸端產(chǎn)生橫向位移,內(nèi)外轉(zhuǎn)子打滑,也不會(huì)導(dǎo)致內(nèi)、外轉(zhuǎn)子磁鋼之間產(chǎn)生摩擦從而保護(hù)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(duì)中保護(hù)裝置》永磁耦合聯(lián)軸器自對(duì)中保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。