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2023/02/14
工業系統設計中，考慮到耐高壓、安全、抗噪等因素，對隔離設計的需求越來越廣泛，而將信號/功率轉化為隔離的方式進行傳輸一直是系統設計的難點之一。納芯微一直致力于探索更高集成度、高可靠性、高性價比的隔離電源方案。本文介紹了納芯微集成隔離電源3CH數字隔離方案，將有效助力開發者簡化工業系統設計。
基于片上變壓器的隔離電源方案
按照不同需求，系統中的隔離供電可劃分為驅動隔離供電、采樣隔離供電、通信隔離供電三個部分，其中，驅動/采樣隔離供電因功率相對較大、布局相對集中，更傾向于采用變壓器外置/多繞組輸出的供電方案；而對于通信隔離供電，因其布局相對遠離系統主功率回路，且功耗相對較低，獨立隔離電源模塊的形式往往更受青睞。
納芯微NIRSP31采用業內領先的片上變壓器技術，單芯片集成了隔離電源和三通道數字隔離器，并使用先進的LGA封裝(4mm×5mm)工藝，相對于傳統的獨立隔離電源模塊+光耦/數字隔離器的方案，極大地減小了PCB布板面積和高度，可進一步降低系統成本。
隔離電源模塊+3CH光耦+CAN/RS485收發器 | NIRSP31+CAN/RS485收發器 | |
方案布局 |
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平均布板面積 | 1600mm2 | 480mm2 |
輸入電壓范圍 | 4.5~5.5V | 4.5~5.5V (NIRSP31) 3.0~3.6/4.5~5.5V (NIRSP31V) |
輸出電壓范圍 | 5V | 5V/3.3V可選 |
負載調整率(Typ) | 12% | 0.4% |
工作溫度 | -40~105℃ | -40~125℃ |
輸出功率@25℃ | 1W | 400mW |
輸出功率@105℃ | 0W | 400mW |
使能功能 | N | Y |
原副邊寄生電容(Typ) | 20pF | 2.6pF |
CMTI(min) | NA | 50(kV/us) |
絕緣電壓 | 1500Vdc | 3000Vrms |
傳輸速率 | 取決于所選光耦/隔離器 | 20Mbps |
保護功能 | 短路保護 | 短路保護/過溫保護/欠壓保護 |
*上表中隔離電源模塊參數針對某單一料號，不同物料規格存在一定差異
圖：NIRSP31與傳統隔離電源模塊方案的詳細參數對比
上表為NIRSP31與傳統的隔離電源模塊方案的詳細參數對比，總結來說，NIRSP31有如下優勢：
- 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
- 集成閉環控制電路，負載調整率優
- 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，適用于低靜態功耗要求應用
- 原副邊寄生電容小，抗共模干擾能力強
- 3000Vrms一分鐘絕緣耐壓
- 集成短路保護/過溫保護/欠壓保護
- 全自動化封裝，高可靠性，低失效率
- 相較于光耦，傳輸速率高，壽命長
高集成度、高可靠性、高性價比的隔離電源3CH數字隔離器NIRSP31
關鍵參數：
- 3kVrms的絕緣耐壓
- 支持單獨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、短路保護和過溫保護
- 數據速率：20Mbps
- 傳輸延時：<75ns
- CMTI：±50kV/us
- 工作溫度：-40~125℃
- 封裝：LGA-18(4.00mm × 5.00mm)
應用場景：
- 兩輪車BMS
- 通信備電BMS
- 戶用BMS
- 工業電表
- 空氣斷路器
工業BMS: 納芯微一站式解決方案
在工業BMS的應用中，NIRSP31可用于電池包MCU與外部ECU間的485和CAN通信隔離，無需再外加隔離電源和輸出側LDO(良好的負載調整率)，確保通信的連續性，保證系統的正常運行。
圖：工業BMS典型框圖
同時，納芯微也提供工業BMS一站式解決方案，包括雙向I2C隔離器 NSI8100、RS485收發器NCA3485/NCA3491、CAN收發器NCA1042/NCA1051、以及雙路低邊驅動器NSD1025。
NIRSP31 Demo板
圖：隔離RS485通信Demo板
圖：隔離CAN通信Demo板
為方便評估，納芯微提供隔離RS485通信Demo板NIRSP31+NCA3485，隔離CAN通信Demo板NIRSP31+NCA1042，如需申請或訂購產品，可郵件至sales@novosns.com或撥打電話0512-62601802。更多信息，敬請訪問www.fanshangsj.com。
