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直尺

萬訊F系列隔離柵:如何實現10ppm /℃的低溫漂

發布日期:2022-07-14 點擊率:71

        溫漂的概念
        電子產品的工作受到環境溫度影響較大,隔離柵也不例外。當隔離柵工作環境的溫度發生變化時,其性能發發生變化,比如說輸入不變,輸出變大或變小,這就是通常所說的溫漂。常見的隔離柵溫漂為%F.S /℃(等效為100 ppm /℃,相當于溫度變化10℃,輸出變化千分之一),也就是說輸入4~20mA的產品,溫度變化10℃,其輸出變化不應該超過16uA。所以,溫漂是衡量一個產品的溫度穩定性(溫度適應性)的指標。溫漂越低越好!
       
如何實現低溫漂
        開關信號隔離柵對溫漂不敏感,模擬信號隔離柵則有溫漂要求,典型產品為:電流信號隔離柵和溫度變送隔離柵。
       
電流信號隔離柵
        由于電子技術的進步(單片機的廣泛使用),部分產品智能化,如溫度變送器,其基本原理如下:信號輸入后,經過放大,轉換為數字信號,經過數據運算,隔離,轉換為模擬信號,放大,輸出。在這個過程中,放大和轉換過程中,使用模擬電路、轉換電路以及電壓基準都會帶來溫漂,因此需要選擇高性能的元器件。
        F系列溫變產品選用ADI公司(以制作高性能轉換器著稱)的ADC(模擬數字轉換器)、電壓基準、運算放大器,這些都具有極低的溫漂。比如電壓基準的溫漂是8ppm /℃,比較而言,國內較多公司使用的電壓基準是廉價的TL431,其溫漂為100ppm /℃左右,這樣整機的溫漂就難以改善。

        

        電流信號隔離柵
        隔離柵中使用較多的是電流信號隔離柵,輸入4~20mA,輸出4~20mA,有多種方法可實現其隔離,常見的有電壓調制隔離、線性光耦隔離、電流調制隔離。

       

        電壓調制隔離:將電流信號經過電阻轉換為電壓,將電壓信號經過調制解調電路實現隔離,再轉換為電流輸出。由于多次轉換,所涉及到的電阻必然帶來溫漂。其中調制電路所用三極管或場效應管是溫度敏感元件,一定程度上加劇了溫漂。
        線性光耦隔離:將電流信號經過電阻轉換為電壓,將電壓信號轉換為nA級的電流,經過光耦1:1電流輸出,轉換為電壓信號,再轉換為電流輸出。這個方案可獲得較高的隔離性能和響應指標,但是由于線性光耦自身有較大溫漂(%F.S /℃),多次轉換也帶來了溫漂。
        電流調制隔離方案直接調制電流信號,不需要轉換,不會有電阻溫漂;電流信號也不受三極管或場效應管等效電阻影響,因此也可以做到極低溫漂。

        目前同行之中有類似的隔離方案,但是核心元件是磁環而非平板變壓器。磁環的繞組分段繞制并灌封樹脂,或內外層繞制中間加隔離塑殼,導致繞組之間不能緊密耦合,調制的效果差,表現就是整機誤差較大,更麻煩的是由于加工工藝不能保證一致性,隔離線圈個體差異較大,批量一致性不好。為了解決這個問題,往往增加電位器來調整,卻又增加了溫漂和降低了可靠性。


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