隔離式數(shù)字輸入接收器ISO1212浪涌防護(hù)方案

? ? ? 本文主要是針對(duì)隔離式數(shù)字輸入接收器ISO1212的浪涌防護(hù)方案，采用湖南靜芯研發(fā)的TDS浪涌保護(hù)器件對(duì)芯片進(jìn)行浪涌防護(hù)，保護(hù)設(shè)備免受電氣系統(tǒng)中的浪涌電壓或浪涌電流的損害，確保設(shè)備的安全性。

一、ISO1212介紹

? ? ? ISO1212器件是隔離式24V至60V數(shù)字輸入接收器，符合IEC61131-2 1類、2類和3類特性標(biāo)準(zhǔn)。此器件可以在可編程邏輯控制器(PLC)、電機(jī)控制、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和其他工業(yè)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)9V至300V直流和交流數(shù)字輸入模塊。不同于具有分立式、不精確電流限制電路的傳統(tǒng)光耦合器解決方案，ISO1212器件提供具有精確電流限制的簡(jiǎn)單低功耗解決方案，可實(shí)現(xiàn)緊湊型和高密度I/O模塊的設(shè)計(jì)。這些器件不需要現(xiàn)場(chǎng)側(cè)電源，可配置為拉電流或灌電流輸入。

二、TDS器件介紹

? ? ? TDS(平緩鉗位浪涌抑制器)具有精準(zhǔn)且恒定的觸發(fā)電壓、優(yōu)異的鉗位性能及穩(wěn)定的溫度特性，可為系統(tǒng)提供更全面保護(hù)。當(dāng) EOS 事件來臨時(shí)，瞬態(tài)電壓攀升至超過集成精密觸發(fā)器所設(shè)定的擊穿電壓（VBR）閾值，觸發(fā)電路精確的開啟內(nèi)置泄流場(chǎng)效應(yīng)晶體管，有效的將瞬態(tài)高壓與大電流安全釋放到地。由于TDS的內(nèi)置泄流場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有極低的導(dǎo)通電阻，其鉗位電壓在額定峰值脈沖電流范圍內(nèi)幾乎是恒定的。

? ? ? 在選擇浪涌防護(hù)器件時(shí)，許多工程師會(huì)優(yōu)先選擇TVS二極管，實(shí)際上大電流TDS芯片在成本和性能、面積上比TVS更具優(yōu)勢(shì)。TDS器件的優(yōu)勢(shì)如下：

1. 在提供相同保護(hù)的情況下，TDS耗散浪涌能量較小，能通過自身特性將過壓與過流事件高效泄放到地，從而避免增加自身熱損耗。
2. TDS器件體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，為硬件工程師設(shè)計(jì)高度集成型解決方案提供了更優(yōu)選擇。如果應(yīng)用需要超過單個(gè)TDS器件所能提供的特定鉗位電壓， 可以將多個(gè)TDS器件串聯(lián)，提供了更多的靈活性。
3. TDS器件的鉗位電壓通常比傳統(tǒng)TVS保護(hù)設(shè)備的鉗位電壓低30%，減少了系統(tǒng)的電氣應(yīng)力，可以更好的保護(hù)后端IC，也為系統(tǒng)中的其他組件創(chuàng)造了更大的安全余量。
4. TDS器件在額定峰值脈沖電流范圍內(nèi)擁有幾乎恒定的鉗位電壓。傳統(tǒng)TVS二極管的箝位電壓隨著峰值脈沖電流的增加而增加，而TDS器件的鉗位電壓在最大峰值脈沖電流之前幾乎保持不變。
5. TDS器件的鉗位電壓在工作溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，而傳統(tǒng)TVS二極管的鉗位電壓隨溫度變化。TDS器件擁有卓越的耐用性，在工作規(guī)格內(nèi)性能不會(huì)下降，仍能保證低漏電和高鉗位電壓。

三、應(yīng)用方案

圖1 應(yīng)用方案

? ? ? 上圖部分詳細(xì)介紹了使用數(shù)字輸入接收器ISO1212設(shè)計(jì)電壓等級(jí)為24-V或48-V的二進(jìn)制輸入。這是一個(gè)帶集成電源的隔離數(shù)字輸入接收器，簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。24-V輸入端使用由兩個(gè)工作電壓為33V的浪涌抑制器ESTVS3300DRVR反向串聯(lián)形成的雙向瞬態(tài)抑制器來防止過電壓和瞬態(tài)；48-V輸入端由兩個(gè)工作電壓為55V的浪涌抑制器反向串聯(lián)形成的雙向瞬態(tài)抑制器來防止過電壓和瞬態(tài),工作電壓為55V的器件是由一個(gè)工作電壓33V的浪涌抑制器ESTVS3300DRVR和一個(gè)工作電壓22V的浪涌抑制器ESTVS2200DRVR正向串聯(lián)而成。

? ? ? ESTVS2200DRVR和ESTVS3300DRVR是湖南靜芯新推出的TDS平緩浪涌抑制器，均符合IEC 61000-4-2 (ESD) 規(guī)范，在 ±30kV（空氣）和 ±30kV（接觸）下提供瞬變保護(hù)，采用小型 DFN 2mm x 2mm x 0.68mm 6引腳封裝。其中ESTVS2200DRVR通常用于保護(hù)工作電壓為20V、22V、24V的系統(tǒng)，器件的觸發(fā)電壓典型值為25.6V，額定瞬態(tài)峰值脈沖電流可達(dá)70A(tp=8/20μs)，鉗位電壓V_C為30V以內(nèi)；ESTVS3300DRVR通常用于保護(hù)工作電壓為28V、33V、36V的系統(tǒng)。觸發(fā)電壓為38.7V，額定瞬態(tài)峰值脈沖電流可達(dá)50A(t_p=8/20μs)，鉗位電壓V_C為40V以內(nèi)。

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四、器件電氣特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

表1 ESTVS2200DRVR電氣特性表

表2 ESTVS3300DRVR電氣特性表

五、總結(jié)與結(jié)論

? ? ? ISO1212作為常用的數(shù)字輸入接收器，浪涌防護(hù)十分關(guān)鍵。靜芯公司推出的系列TDS芯片具有接近理想狀況的ESD和EOS保護(hù)特性，可以廣泛應(yīng)用于USB/雷電接口、工業(yè)機(jī)器人、IO-Link接口、工業(yè)傳感器、IIoT設(shè)備、可編程邏輯控制器(PLC)和以太網(wǎng)供電(PoE)等領(lǐng)域，可為系統(tǒng)提供更全面以及更可靠的保護(hù)。目前公司推出來ESTVS2200DRVR、ESTDS2211P、ESTVS3300DRVR、ESTDS3311P等型號(hào)，歡迎客戶前來咨詢選購(gòu)。