电隔离8通道高边开关和数字输入IC提供智能化保护

电隔离的智能化集成

8通道高边开关和8通道数字输入IC两个ISOFACE产品系列都集成了额定值为500VAC的电隔离(符合EN60664-1，UL508)。这种电隔离通过电感耦合实现，它基于已在英飞凌推出的一系列工业产品中所使用的成熟的硅技术。ISOFACE产品的电磁可靠性已经在多种测试中得到认证，譬如，ISO11452-7和IEC61131-2。通过这种方式，可以在工业控制系统的过程侧与控制侧之间实现可靠的隔离。

与基于光耦合器的解决方案不同的是，英飞凌的硅隔离技术不会由于高温或老化而造成电流传输比(CTR)的降低(在光耦合器解决方案中，CTR是流经LED的电流与输出晶体管电流之比)。ISOFACE产品可在-25?C到最高至+135?C的温度范围内持久工作。相比之下，光耦合器通常可以正常工作的最高温度为+105?C。为抵消在高温下操作光耦合器对CTR的不利影响，以及预先抵消老化效应，设计人员通常决定增加LED的偏置电流。(偏置电流增加越多，就越会加速光耦合器的老化效应)ISOFACE产品的电隔离性能不会受到这种老化效应的影响，并且随温度的变化其容差范围幅度也较低。 因此，ISOFACE产品的性能随温度以及产品生命周期的变化呈现更加线性化的变化趋势。

保护输出

可靠的电隔离8通道输出开关

ISO1H81xG产品家族的8通道高边开关可驱动任何类型的阻性负载、感性负载或容性负载。每通道的最大额定负载电流可达1.2A。以并联方式组合两个输出通道，可允许切换2A负载。甚至可以并联组合四个输出通道，这将达到4A的最大允许负载电流。集成的感应箝位二极管可以重复吸收每输出通道1焦耳的能量。这样，在切换感性负载时，无需加装额外的箝位二极管来吸收换流功率。

内置安全与诊断机制

芯片上每个高边开关的输出电流会被监控，如果发生输出短路，最大电流将被IC限制在一个可持续承受的水平。因此，输出开关可承受长时间短路，并仍能被安全切断。此外，每个输出通道还内置过温保护。当超过135?C(tjunction)的过温保护阈值时，相应的输出通道会被自动切断。冷却后，假如单片机或控制ASIC未同时发出关断指令，相应通道会再次自动开启。

此外，为确保MOSFET输出级的正确切换，会对过程侧的供电电压(Vbb)进行监控。如果Vbb降至10.5V甚至更低，输出会被自动切断。

对于使用没有集成电隔离功能的开关的解决方案而言，过程侧的“地线缺失”会是一个不小的挑战。在这种非隔离的设计中，开关IC的两侧有一个共同的接地。当地线缺失时，该开关IC的控制信号也会失去其接地参考点。这会造成开关IC不能被切断的情况。ISOFACE输出开关集成了电隔离功能，正因如此，如果过程侧发生地线缺失的情况，控制侧仍然可以完全正常工作。因此，即便在地线缺失的情况下，ISOFACE输出开关也能被可靠地切断。

为了让安全理念趋于完备，ISOFACE输出开关还提供了一个额外的禁用引脚。这个“紧急关闭”功能让单片机或控制ASIC可以同时关闭所有输出。如果有多个数字输出IC被连接到一个单片机或一个控制ASIC ，这就会是一个特别有用的功能。

保护输入

电隔离数字输入IC

ISOFACE ISO1I81xT产品家族提供了一个完全集成的系统输入接口解决方案。在过程侧，IC有8个电隔离数字输入通道，它们直接与数字传感器和开关连接。在控制侧，IC可无缝连接到单片机或控制ASIC。在系统两侧之间集成了可靠的500VAC电隔离功能。

每个IC可以连接多达8个符合IEC61131-2(类型1/2/3)标准的数字输入。IC的输入作为电流池。与使用光耦合器和无源元件组合的传统解决方案相比，其精确的电流池特性可以使每通道的功耗低至2.5倍。输入状态指示LED可以可选性部署。由于较低的功耗和高水平的功能集成，系统设计人员能够打造非常紧凑的输入模组设计，或者在规定的外形内显著增加输入通道的数量。

为改善该系统解决方案电磁干扰的鲁棒性，8个输入通道均配备抗干扰滤波器。对于ISO1I811T，可以使用跳线来选择所有输入通道共用的四个设置之一。ISO1I813T则更加完善，它允许针对每个通道的滤波器设置进行相应的编程，甚至可以在工作期间重新编程。这两种产品的共同点是，它们都具有将抗干扰滤波器过滤时间设为零的旁路模式。对于利用已有集成式抗干扰滤波器的系统ASIC的系统解决方案，旁路模式可提供针对它们的向后兼容性。

ISOFACE数字输入IC可灵活支持每个输入通道从50kHz~500kHz范围内的采样频率。与光耦合器所提供的约25kHz的频率相比，这要高出数倍之多。在ISOFACE所支持的范围内，系统设计人员可根据实际系统需求调整采样频率。ISO1I813T还能够从多个输入IC同步捕获输入信号。当需要收集一台装有众多传感器的复杂机器状态的同步时间戳时，这具有重要的实用价值。

ISO1I813T的诊断功能包括检测IC输入引脚和与其连接的传感器或开关之间的断线情况。由于系统要求可能有很大差异，所以，断线检测的灵敏度水平是由系统设计人员来确定的。有趣的是，断线检测可以在针对特定通道的层级上被屏蔽。对于连接了一组混合输入到同一ISO1I813T IC的应用，比如，输入中既有支持断线检测的传感器又有不支持断线检测的传感器，这是一项重要的功能。当检测到断线时，单片机或控制ASIC会接收到来自ISOFACE数字输入IC的相应反馈。在接下来的步骤中，可以确定发生断线的相应通道。

此外，ISO1I813T可监测过程侧(Vbb)的供电电压，并区分三种状态。Vbb高于16V时，IC会提供指示，这是工作的正常模式。当Vbb降至16V以下，但仍高于13V时，IC将向单片机或系统ASIC发送所谓的预警信息“Vbb欠压”。只要Vbb保持在13V以上，IC就仍能正常工作。系统设计人员可利用这个预警信息来决定改变系统的工作模式，或者安全地并以受控的方式关闭系统。如果Vbb介于13V和9V之间，IC仍然工作，但是，在过程侧收集的输入数据是无效的。这被称为警告范围，会提供“Vbb失压”的反馈。

ISO1I811T和ISO1I813T均配备指示“Vbb失压”的错误引脚，不过，触发电平不同。在ISO1I811T上，当Vbb低于13V的阈值时，错误引脚就将启动。在ISO1I813T上，错误引脚指示“Vbb欠压”，即Vbb低于16V的阈值，换言之，进入预警范围会被标记出来。

断线监控和Vbb监控均可显著改善工厂级维护支持，有助于最大限度地缩短代价高昂的机器停机时间。

灵活的单片机和控制ASIC接口

数字输出IC和数字输入IC这两个产品家族的共同特点是，它们都支持单片机或控制ASIC的串行接口和并行接口。8位并行接口能力使系统设计人员能够从光耦合器解决方案升级到ISOFACE，并且无需更改控制ASIC。如果PCB面积尽可能最小是一个设计标准，那么，4线串行接口就是设计人员的理想选择。自然地，当多个数字输出IC或数字输入IC以菊花链模式串联时，也将使用串行接口。

数字输出产品提供串行接口或并行接口。数字输入产品可以由系统设计人员进行灵活配置，以串行模式或并行模式工作。ISO1I813T在串行模式下可提供额外的安全级别，可以选择支持对串行通信的CRC检查。

结论

英飞凌ISOFACE产品能够提供一个完整的系统解决方案，它集成了一个智能化单片机/控制ASIC接口、可靠的电隔离功能和强大的高边开关或通用的数字输入功能。

由于电隔离基于硅技术，所以，与光耦合器解决方案相比，ISOFACE产品可持久地在更高温度下工作。此外，ISOFACE产品能大大减少实现一个完整系统解决方案所需的组件数量。这是ISOFACE带来的两个关键优势。ISOFACE产品使新一代紧凑和经济高效的工业控制解决方案成为可能。高度的功能集成显著提升了系统的稳定性和可靠性。最重要的是， ISOFACE产品的鲁棒性以及内置诊断反馈机制，能大大提升系统安全性，并为系统维护提供强有力的支持。

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