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2023/02/14
工业系统设计中，考虑到耐高压、安全、抗噪等因素，对隔离设计的需求越来越广泛，而将信号/功率转化为隔离的方式进行传输一直是系统设计的难点之一。纳芯微一直致力于探索更高集成度、高可靠性、高性价比的隔离电源方案。本文介绍了纳芯微集成隔离电源3CH数字隔离方案，将有效助力开发者简化工业系统设计。
基于片上变压器的隔离电源方案
按照不同需求，系统中的隔离供电可划分为驱动隔离供电、采样隔离供电、通信隔离供电三个部分，其中，驱动/采样隔离供电因功率相对较大、布局相对集中，更倾向于采用变压器外置/多绕组输出的供电方案；而对于通信隔离供电，因其布局相对远离系统主功率回路，且功耗相对较低，独立隔离电源模块的形式往往更受青睐。
纳芯微NIRSP31采用业内领先的片上变压器技术，单芯片集成了隔离电源和三通道数字隔离器，并使用先进的LGA封装(4mm×5mm)工艺，相对于传统的独立隔离电源模块+光耦/数字隔离器的方案，极大地减小了PCB布板面积和高度，可进一步降低系统成本。
隔离电源模块+3CH光耦+CAN/RS485收发器 | NIRSP31+CAN/RS485收发器 | |
方案布局 |
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平均布板面积 | 1600mm2 | 480mm2 |
输入电压范围 | 4.5~5.5V | 4.5~5.5V (NIRSP31) 3.0~3.6/4.5~5.5V (NIRSP31V) |
输出电压范围 | 5V | 5V/3.3V可选 |
负载调整率(Typ) | 12% | 0.4% |
工作温度 | -40~105℃ | -40~125℃ |
输出功率@25℃ | 1W | 400mW |
输出功率@105℃ | 0W | 400mW |
使能功能 | N | Y |
原副边寄生电容(Typ) | 20pF | 2.6pF |
CMTI(min) | NA | 50(kV/us) |
绝缘电压 | 1500Vdc | 3000Vrms |
传输速率 | 取决于所选光耦/隔离器 | 20Mbps |
保护功能 | 短路保护 | 短路保护/过温保护/欠压保护 |
*上表中隔离电源模块参数针对某单一料号，不同物料规格存在一定差异
图：NIRSP31与传统隔离电源模块方案的详细参数对比
上表为NIRSP31与传统的隔离电源模块方案的详细参数对比，总结来说，NIRSP31有如下优势：
- 方案面积减少>200%
- 方案成本降低>15%
- 配置灵活，输出5V/3.3V可选
- 集成闭环控制电路，负载调整率优
- 更宽的工作温度范围(-40~125℃)，输出功率温度降额低
- 具有使能(EN)引脚，适用于低静态功耗要求应用
- 原副边寄生电容小，抗共模干扰能力强
- 3000Vrms一分钟绝缘耐压
- 集成短路保护/过温保护/欠压保护
- 全自动化封装，高可靠性，低失效率
- 相较于光耦，传输速率高，寿命长
高集成度、高可靠性、高性价比的隔离电源3CH数字隔离器NIRSP31
关键参数：
- 3kVrms的绝缘耐压
- 支持单独MCU I/O电平VDDL
- 供电电压：
- VDD: 4.5~5.5V NIRSP31
3~3.6V/4.5~5.5V NIRSP31V
- VDDL: 1.8~3.6V/4.5~5.5V
- 输出：
- 80mA @5V->5V/3.3V
- 60mA @3.3V->3.3V
- 欠压保护、短路保护和过温保护
- 数据速率：20Mbps
- 传输延时：<75ns
- CMTI：±50kV/us
- 工作温度：-40~125℃
- 封装：LGA-18(4.00mm × 5.00mm)
应用场景：
- 两轮车BMS
- 通信备电BMS
- 户用BMS
- 工业电表
- 空气断路器
工业BMS: 纳芯微一站式解决方案
在工业BMS的应用中，NIRSP31可用于电池包MCU与外部ECU间的485和CAN通信隔离，无需再外加隔离电源和输出侧LDO(良好的负载调整率)，确保通信的连续性，保证系统的正常运行。
图：工业BMS典型框图
同时，纳芯微也提供工业BMS一站式解决方案，包括双向I2C隔离器 NSI8100、RS485收发器NCA3485/NCA3491、CAN收发器NCA1042/NCA1051、以及双路低边驱动器NSD1025。
NIRSP31 Demo板
图：隔离RS485通信Demo板
图：隔离CAN通信Demo板
为方便评估，纳芯微提供隔离RS485通信Demo板NIRSP31+NCA3485，隔离CAN通信Demo板NIRSP31+NCA1042，如需申请或订购产品，可邮件至sales@zghfgroupyz.com或拨打电话0512-62601802。更多信息，敬请访问www.zghfgroupyz.com。
