【導讀】本篇重點介紹川土微電子數字隔離器CS817x2x產品的特點
、隔離參數以及典型應用。該產品具有超高的性價比，非常適合在400 VRMS電壓以下的係統中
，作為信號的隔離使用。

01 介紹

隔離是一種防止係統兩部分之間有較大的直流或交流幹擾的方法
，同時允許信號可以在這兩部分係統正常傳輸。隔離可以保護操作人員；保護設備並防止高壓係統中幹擾損壞昂貴的處理器

；切斷長距離
、多節點通信時
，通信網絡中的接地回路。

主流的隔離方法有三種
，基於光電耦合的隔離
、基於變壓器的磁耦合隔離以及基於二氧化矽（SiO₂）介質的電容耦合隔離。目前低速隔離通信以光耦和電容隔離為主
，高速隔離通信三種方案並存。

低速光耦隔離，在各種使用場景中具有以下問題：

1）普通低速光耦在115200bps的速率下，通訊不太穩定，容易出現誤碼，可靠性不高。

2）光耦為電流型器件，翻轉所需的電流一般要5mA以上，而數字隔離器一般隻需要1mA。

3）普通光耦隨著溫度的升高，通訊容易發生異常。為保證可以在全溫度範圍
、全生命周期可靠運行，需要設計複雜外圍電路來實現。

4）普通光耦多采用紅光發光LED和光電二極管，器件之間的電壓電流特性


、光電特性、光衰特性具有較差的一致性。

5）光耦壽命一般隻有10年，在一些應用場景中是不夠的。如2020新版的國網標準要求隔離壽命16年以上，光耦就很難實現。

川土微電子CS817x2x隔離器係列

，具有200Kbps的傳輸速率
，該速率下僅需160μA 電流
，可以支持 -40~105°C 的工作溫度，400VRMS的隔離工作電壓，高達40年工作壽命，適用於很多應用領域。如家電領域的
，冰箱及空調的壓縮機控製
，熱水器
，吸油煙機，空氣淨化器等；工廠和樓宇自動化控製，如PLC，伺服控製
，變頻控製等，以及智能電表，電動兩輪車，換電櫃，自動販賣機
，園林電動工具等。

02 CS817x2x隔離器特性

川土微電子隔離技術基礎

chuantuweidianzigeliqishiyongeryanghuaguizuoweixinhaogelidedianjueyuanjiezhi。tongchangshiyonglianggechuanliandeeryanghuaguidianrongqi，jizaigelizhademeicegeyige
，congershixiangaoyageli，dengxiaogelitushirutu1所示。與基於傳統的光耦和電感的（磁隔）隔離器相比，二氧化矽所提供的介電強度較高
，不會因暴露於環境濕度而退化
，並且可以有大於40年的隔離壽命。為了更深一層關於川土隔離技術的說明，請參閱使高壓信號隔離質量和可靠性。

圖 1 ：串聯電容器隔離

關鍵性隔離規格參數

在zai選xuan擇ze正zheng確que的de數shu字zi隔ge離li器qi之zhi前qian，應ying了le解jie關guan鍵jian的de隔ge離li規gui格ge參can數shu
，對dui設she計ji人ren員yuan來lai說shuo，了le解jie係xi統tong應ying用yong的de隔ge離li規gui範fan要yao求qiu是shi很hen重zhong要yao的de，隻zhi有you知zhi道dao所suo需xu要yao的de隔ge離li要yao求qiu，設she計ji師shi才cai可ke以yi知zhi道dao隔ge離li器qi對dui係xi統tong能neng提ti供gong多duo大da的de保bao護hu，如ru隔ge離li器qi能neng承cheng受shou的de最zui大da電dian壓ya是shi多duo少shao
？數shu字zi隔ge離li器qi的de高gao壓ya隔ge離li性xing能neng
，如ru最zui大da瞬shun態tai隔ge離li電dian壓ya（V_IOTM），最大隔離電壓（V_ISO）
，最大浪湧隔離電壓（V_IOSM），最大重複峰值隔離電壓（V_IORM），最大工作隔離電壓（V_IOWM），共模瞬態抗擾度（CMTI）。這些參數代表數字隔離器處理高壓的能力，不同大小的耐壓和瞬態響應是選擇隔離器的標準。

●   最大瞬態隔離電壓（V_IOTM）

IEC 60747-5-5和VDE 0884-11中規定：隔離器在不發生故障的情況下可處理長達60秒miao的de峰feng值zhi瞬shun態tai電dian壓ya。係xi統tong電dian源yuan上shang的de電dian弧hu或huo負fu載zai變bian化hua會hui引yin起qi幹gan擾rao
，電dian壓ya可ke能neng會hui短duan暫zan地di變bian成cheng線xian路lu電dian壓ya的de幾ji倍bei。隔ge離li器qi必bi須xu能neng夠gou在zai不bu損sun壞huai的de情qing況kuang下xia處chu理li這zhe些xie過guo電dian壓ya。

●   最大隔離電壓（V_ISO）

與V_IOTM相似
，根據UL 1577，隔離耐受電壓定義為隔離器能夠在60秒內不發生擊穿的電壓的均方根（rms）值，電壓的差值是峰值。

●   最大浪湧隔離電壓（V_IOSM）

隔離器承受特定的瞬態電壓的極高電壓脈衝的能力。該波形圖 2所示。此參數表示直接和間接浪湧衝擊。根據IEC 60747-5-5和VDE 0884-11，具有最大浪湧隔離電壓V_IOSM的隔離器必須在峰值電壓為V_IOSM的1.3倍時通過浪湧測試，以實現基本隔離
，和1.6倍的V_IOSM加強隔離。當通過10kV以上的浪湧試驗時，數字隔離器可以稱為組件級增強型。

圖2：隔離器抗瞬態電壓能力

●   最大重複峰值隔離電壓（V_IORM）

在IEC 60747-5-5和VDE 0884-11中定義為隔離器能夠承受的最大重複峰值電壓。本規範旨在鑒定隔離器在每天連續的隔離電壓。

●   最大工作隔離電壓（V_IOWM）

類似於最大重複峰值電壓
，工作電壓為最大有效值，或等效直流電壓，隔離器能夠在規定的長壽命內承受。同樣，差異是以rms表示的值，而不是峰值電壓。

●   共模瞬態抗擾度（CMTI）

共gong模mo瞬shun態tai抗kang擾rao度du是shi指zhi隔ge離li器qi在zai其qi兩liang個ge接jie地di之zhi間jian承cheng受shou高gao轉zhuan換huan率lv電dian壓ya瞬shun變bian的de能neng力li，而er不bu會hui損sun壞huai通tong過guo它ta的de信xin號hao，這zhe可ke能neng會hui導dao致zhi信xin號hao傳chuan輸shu錯cuo誤wu。在zai某mou些xie應ying用yong中zhong
，由you瞬shun變bian引yin起qi的de這zhe些xie信xin號hao誤wu差cha可ke導dao致zhi短duan路lu事shi件jian。更geng高gao的deCMTI表明隔離通道更加可靠。

●   爬電距離和電氣間隙

padianhejianxishizhiyanfengzhuangbiaomiandejuli
，yijigeliqiyicechajiaoyulingyicechajiaozhijiandekongqijuli。gaijuliyoujiyugelidianyayaoqiudengcanshudexitongjibiaozhunguiding。

CS817x的這些隔離參數可詳見於數據手冊。

表1 CS817x2x VDE 隔離參數

表2 CS817x2x UL隔離參數

CS817x2x係列產品特性

CS817x2x是一係列低功耗雙通道數字隔離器
，采用川土微電子專利技術“CAPACITIVE DIGITAL ISOLATOR CIRCUIT WITH ULTRA-LOW POWER CONSUMPTION BASED ON PULSE-CODING”（美國發明專利

，專利號：US 11,418,179  B2）。該技術融合pulse與OOK (ON-OFF-KEY) 調製，但比pulse調製更為可靠，同時可以實現極低的低靜態功耗。在隔離CMOS數字IO時
，CS817xqijianketigonggaodiancikangraoduhedifushe。suoyouqijianbanbenjunjuyoushimitechufaqishuru，keshixiangaokangzaoxingneng。meitiaogelitongdaodeluojishuruheshuchuhuanchongqijunyoueryanghuaguijueyuanzhageli。jibentiaozhiyujietiaodegongzuoyuanliruxiatu：

圖3 Pulse-coding容隔調製解調技術

tongguojiancexinhaoshangshengyanhexiajiangyanlaipanduanhehaiyuanxinhaodegaodidianping，qitashijianduanxinpiankeyichuyudigonghaomoshi，congerzhengtishangkeyishixianfeichangdidegonghao。tongshiyinweijuedabufenshijianqijianchuyudigonghaozhuangtai，keyigaishanzhengtideEMI特性。

圖4 Pulse-coding容隔調製解調原理

CS817x2x係列產品的優勢概括如下：

1）實現極低靜態和動態電流：90μA @ 3.3V，靜態條件 

；160μA @ 3.3V，200kbps傳輸速率；

2）Pulse-coding技術：高可靠性、融合了OOK調製和脈衝調製的優勢
；

3）Refresh技術：確保輸出與輸入的狀態在任何情況下一致

；

4）固定解調時間窗口：極小的脈寬失真（PWD）
，最大100ns。

下表為CS817x2x選型表：

03 典型應用

根據隔離器在應用係統中實現的功能，可以分為：

a）模塊之間串口通信隔離

b）ADC輸出信號與MCU之間隔離

c）比較器輸出信號與MCU之間隔離

d）MCU控製信號與電機驅動器之間隔離

e）MCU控製信號與繼電器控製器之間隔離

f）具有不同參考地的MCU之間隔離

下麵將列舉一些典型的應用案例。

●   01 吸油煙機

圖 5 展示了吸油煙機的電路框圖。220V單相電整流成310V的直流電，該直流電通過一個H橋驅動用於風扇的有刷直流電機。從框圖中可以看出數字隔離器主要用於對外通信，高壓側H橋的控製
，高壓側電壓電流采樣和比較的隔離。

圖 5 吸油煙機示意框圖

●   02 PLC

圖 6 展示了PLC的電路框圖。CS817x2x適用於電網單向供電係統（器件400VRMS 隔離耐壓）
，工業可編程邏輯控製係統包含模擬輸入、模擬輸出、數字輸入

、數字輸出、通信接口等內外部的連接模塊。

這些部分都需要隔離器進行隔離
，以此來保護PLC控製器芯片。

圖 6 PLC示意框圖

圖 7為具有 PLC 輸入模塊的環路供電式現場發送器。該應用中
，由於係統隻能接收到4mA的供電電流，從而對每個芯片的靜態電流都有較高的要求
，CS817x2x的單通道電流可以到90μA @ 3.3V，非常適合此類的應用。

圖 7 具有 PLC 輸入模塊的環路供電式現場發送器

●   03 智能電表

圖 8 展示了智能電表的電路框圖。主要用於單向電表。智能電表內部一般有兩個模塊需要隔離
，計量模塊與MCU之間

，以及MCU與RS485收發器之間。CS817x2x具有200kbps的傳輸速率、極低的靜態和動態電流

、40年的隔離壽命
、以及較高的性價比，非常適合這類的應用。

圖 8 智能電表示意框圖

●   04 換電櫃

圖 9 展(zhan)示(shi)了(le)換(huan)電(dian)櫃(gui)的(de)電(dian)路(lu)框(kuang)圖(tu)。換(huan)電(dian)櫃(gui)一(yi)般(ban)會(hui)有(you)一(yi)塊(kuai)主(zhu)控(kong)板(ban)和(he)很(hen)多(duo)塊(kuai)充(chong)電(dian)倉(cang)從(cong)控(kong)製(zhi)板(ban)，他(ta)們(men)之(zhi)間(jian)一(yi)般(ban)通(tong)過(guo)數(shu)字(zi)隔(ge)離(li)器(qi)和(he)接(jie)口(kou)收(shou)發(fa)器(qi)進(jin)行(xing)互(hu)聯(lian)互(hu)通(tong)。

圖 9 換電櫃示意框圖

●   05 電動兩輪車

圖 10 展示了電動兩輪車的電路框圖。電動兩輪車一般采用48V蓄電池係統，車身控製模塊
，電機控製模塊，以及喇叭、照明
、顯示、製動、加減速單元等。他們之間通過隔離器和接口，進行互聯互通。

圖 10 電動兩輪車示意框圖

04 總結

本文主要介紹川土微電子數字隔離器CS817x2x產品的特點，隔離參數，以及典型應用。該產品具有較高的性價比，非常適合在400 VRMS電壓以下的係統中，作為信號的隔離使用。如想了解更多參數，可參考該產品的數據手冊。

來源： chipanalog

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