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万讯F系列隔离栅:如何实现10ppm /℃的低温漂

发布日期:2022-07-14 点击率:25

        温漂的概念
        电子产品的工作受到环境温度影响较大,隔离栅也不例外。当隔离栅工作环境的温度发生变化时,其性能发发生变化,比如说输入不变,输出变大或变小,这就是通常所说的温漂。常见的隔离栅温漂为%F.S /℃(等效为100 ppm /℃,相当于温度变化10℃,输出变化千分之一),也就是说输入4~20mA的产品,温度变化10℃,其输出变化不应该超过16uA。所以,温漂是衡量一个产品的温度稳定性(温度适应性)的指标。温漂越低越好!
       
如何实现低温漂
        开关信号隔离栅对温漂不敏感,模拟信号隔离栅则有温漂要求,典型产品为:电流信号隔离栅和温度变送隔离栅。
       
电流信号隔离栅
        由于电子技术的进步(单片机的广泛使用),部分产品智能化,如温度变送器,其基本原理如下:信号输入后,经过放大,转换为数字信号,经过数据运算,隔离,转换为模拟信号,放大,输出。在这个过程中,放大和转换过程中,使用模拟电路、转换电路以及电压基准都会带来温漂,因此需要选择高性能的元器件。
        F系列温变产品选用ADI公司(以制作高性能转换器著称)的ADC(模拟数字转换器)、电压基准、运算放大器,这些都具有极低的温漂。比如电压基准的温漂是8ppm /℃,比较而言,国内较多公司使用的电压基准是廉价的TL431,其温漂为100ppm /℃左右,这样整机的温漂就难以改善。

        

        电流信号隔离栅
        隔离栅中使用较多的是电流信号隔离栅,输入4~20mA,输出4~20mA,有多种方法可实现其隔离,常见的有电压调制隔离、线性光耦隔离、电流调制隔离。

       

        电压调制隔离:将电流信号经过电阻转换为电压,将电压信号经过调制解调电路实现隔离,再转换为电流输出。由于多次转换,所涉及到的电阻必然带来温漂。其中调制电路所用三极管或场效应管是温度敏感元件,一定程度上加剧了温漂。
        线性光耦隔离:将电流信号经过电阻转换为电压,将电压信号转换为nA级的电流,经过光耦1:1电流输出,转换为电压信号,再转换为电流输出。这个方案可获得较高的隔离性能和响应指标,但是由于线性光耦自身有较大温漂(%F.S /℃),多次转换也带来了温漂。
        电流调制隔离方案直接调制电流信号,不需要转换,不会有电阻温漂;电流信号也不受三极管或场效应管等效电阻影响,因此也可以做到极低温漂。

        目前同行之中有类似的隔离方案,但是核心元件是磁环而非平板变压器。磁环的绕组分段绕制并灌封树脂,或内外层绕制中间加隔离塑壳,导致绕组之间不能紧密耦合,调制的效果差,表现就是整机误差较大,更麻烦的是由于加工工艺不能保证一致性,隔离线圈个体差异较大,批量一致性不好。为了解决这个问题,往往增加电位器来调整,却又增加了温漂和降低了可靠性。


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