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磁耦是基于ADI公司iCoupler®磁隔离专利技术的隔离器件,也称为磁隔离器。
与传统光耦相比,基于磁隔离技术的磁耦具有诸多优势:
磁耦消除了与光耦合器相关的不确定的电流传送比率、非线性传送特性以及随时间漂移和随温度漂移问题;磁耦均带有25KV/us的瞬态共模抑制能力,且能够在电压差峰值560V的环境下正常工作。磁耦器件可提供5000Vrms/min及6000V/10sec的电压隔离保护,多种型号的磁耦带有±15KV的ESD保护。
采用芯片级变压器技术传输信号,消除光耦传输时的器件损耗。器件内部基本不存在损耗,
正常工作条件下至少达到50年工作寿命。
磁耦能够在低功耗的条件下实现150Mbps的高速数据隔离,光耦鲜有如此高的传输速率,实现同样高的传输速度,磁耦比光耦有着更高的性价比。磁耦芯片内部含有施密特电路,能够对输入输出的电路滤波整形,因此可直接与各种高速控制芯片直接连接,如:DSP、ARM、PLC等。
磁耦基于芯片级变压器传输原理,信号传输时几乎不存在能量损耗,因此能以极低的功耗实现高度的数据隔离。相同速率下,其功耗仅为光耦的1/10~1/6。
磁隔离技术是通过采用晶圆级工艺直接在片上制作直径约500um的变压器来实现的。利用此平面变压器的独特特征以及一些创新的电路设计,磁隔离产品可以在不影响性能的前提下,在一个封装内集成许多不同的特性与功能。磁耦采用的标准封装:SOIC-8、SOIC_W-16及SOIC_W-20等。
磁耦的小体积及多种通道配置,是电路设计更加简洁,应用更加灵活。集成的多种接口收发器使得接口隔离电路集成度更高,线路连接大大减少。
目前磁耦已大量应用于电力自动化、工业测量、楼宇控制、煤矿安全、安防消防、智能交通、流量计、运动控制、电机控制、汽车车体通讯、仪器仪表、航天航空等产品及领域;在铁路、卫星接收、医疗等领域的应用正逐步扩大,已经形成了在数字隔离方面全面取代光耦的趋势。
磁耦基于磁隔离技术,使用传送到给定变压器初级端的1 ns脉冲对输入逻辑跳变进行编码。这些脉冲从变压器初级线圈耦合到次级线圈,并且由次级端电路检测。然后,该电路在输出端重新恢复成输入数字信号。此外,输入端还包含一个刷新电路,保证即使在没有输入跳变的情况下输出状态也与输入状态保持匹配。在加电情况下以及低速率波形输入或长时间恒定直流输入情况下,这一性能很重要。
由于磁耦的目的是将输入和输出信号隔离开来,所以变压器初级端电路与变压器次级端电路必须在隔离的芯片上。变压器本身可以放置在任意芯片上,也可以放在第三个芯片上。
磁耦的一个显著特点是能够将发送和接收通道集成在同一个封装中。由于iCoupler磁隔离变压器本身是双向的,所以只要将合适的电路放置在变压器的任意一边,信号就可以按照任意方向通过。按照这种工作方式,我们可采用多种收发通道配置来提供多通道隔离器。
磁耦的另一个新特点是:用于隔离数据信号的变压器线圈还可用作为隔离DC/DC转换器的变压器。这样就允许将数据隔离和电源隔离两种功能都集成在一个封装内,正如采用isoPower®技术的 ADuM540x系列iCoupler磁耦隔离器。
永磁耦合调速的机械特性比变频调速和直流调速软的多,响应速度低的多,因此在调速精度高,要求响应速度和机械特性硬的领域难以应用;永磁耦合调速难以实现制动;难以在卷扬机、吊车上应用。
磁耦产品种类繁多,一般情况下按功能进行区分 :
通用型多通道数字磁隔离器
灵活的通道配置,用来替代之前的光耦产品;
典型型号:ADUM1201、ADUM1411
隔离型RS-485收发器
高集成度及稳定性,改变传统的分立隔离方案;
典型型号:ADM2483、ADM2587E
隔离型RS-232收发器
完全的数据隔离,以单芯片实现RS-232接口隔离;
典型型号:ADM3251E
集成DC/DC的数字磁隔离器
集成电源隔离,使隔离电路设计更简化;
典型型号:ADUM5401、ADUM5402
双向信号磁隔离器
实现单路通道双向隔离,适用于1-wire、2-wire总线;
典型型号:ADUM1250
门级驱动型磁隔离器
提供高边及低边控制信号隔离,直接驱动MOS管;
典型型号:ADUM5230
USB总线磁隔离器
业界首款USB总线信号隔离器;
典型型号:ADUM4160
隔离型A/D转换器
16位Σ-Δ型ADC与磁隔离技术的结合。
典型型号:AD7400、AD7401
磁耦能实现从DC直流信号到150Mbps高速信号的隔离传输,高达5000Vrms/min的隔离电压及25KV/us共模抑制和±15KV的ESD保护。
新型磁耦合隔离电路设计
在电路设计中,数字信号的隔离传输电路是比较常用电路之一,一般的磁耦合隔离电路只适合于传输高频信号,对于低频或直流信号则无能为力。为了实现磁耦合隔离电路传输低频信号的功能,用一串窄脉冲代表数字信号的状态改变,以窄脉冲的磁隔离传输代替低频数字信号的磁隔离传输,以上电复位电路确定磁隔离传输电路的初始状态,在确定的初始状态和信号状态变化脉冲的共同作用下,在磁隔离电路的输出端完整恢复需要传输的数字信号,从而实现低频或直流信号的磁耦隔离传输。使用该设计可以拓展磁耦合隔离技术的应用领域,降低电路功耗。
基于磁耦合的无线充电系统的设计
首先对磁耦合谐振式无线能量传输模型进行了理论分析,在此基础上设计了无线充电系统设计的总拓扑结构,并设计了收发端控制电路,以此实现无线充电功能。
若两个线圈的磁场存在相互作用,则称这两个线圈磁耦合。如表1所示为具有磁耦合的两个线圈,线圈1和2的匝数分别为
《永磁耦合联轴器自对中保护装置》所要解决的技术问题是提供一种结构紧凑简单,对安装精度要求低,传动平稳可靠的永磁耦合联轴器自对中保护装置。
《永磁耦合联轴器自对中保护装置》的永磁耦合联轴器自对中保护装置,包括第一转子和第二转子,第一转子和第二转子上分别安装相互耦合并可传递扭矩的永磁体,其特征在于:所述第一转子和第二转子上分别安装有同轴的内锥部分和外锥部分,所述内锥部分和外锥部分具有锥度相配合的内外锥面,所述内锥部分和外锥部分中至少有一个能够通过轴向调节机构调节其轴向位置。
所述第一转子为同轴设置的具有内外套筒结构的内永磁转子,所述第二转子为具有内环槽的外永磁转子,永磁体分别为内永磁转子中内套筒的外壁上外永磁体和外永磁转子的内壁上的内永磁体,外永磁转子套在内永磁转子的内外套筒之间并能够使内永磁体与外永磁体位置对应;所述外锥部分为套在外永磁转子外围的外锥套,所述内锥部分为内永磁转子中外套筒的内壁形成的能够与外锥套的外锥面相配合的内锥面。
所述调节机构包括外锥套的后端面上分布有通孔和外锥套螺纹孔和外永磁转子的后端面上设置有与通孔位置对应的外永磁转子螺纹孔,所述外锥套与外永磁转子能够由一号螺栓穿过通孔将其相互旋紧,所述外锥套螺纹孔能够旋入二号螺栓并使其顶端顶压在外永磁转子的后端面上。
所述外锥套的内表面与外永磁转子的外表面之间间隙配合。
所述通孔的直径大于一号螺栓的直径。
所述内永磁转子中内套筒的外壁与外永磁转子的内壁之间形成气隙A,所述气隙A的取值范围为2-5毫米,所述外锥套与内永磁转子中内套筒的外壁之间形成气隙B,所述气隙B的取值范围为0.3-0.8毫米。
《永磁耦合联轴器自对中保护装置》的优点在于:
1、采用锥面配合自动定心原理,能确保两永磁转子之间的气隙均匀度从而保证了磁力联轴器的耦合性能;
2、由于气隙B<气隙A,因此内、外转子的磁钢永不会吸附到一起从而避免了两转子“粘”在一起难以分开的困难;
3、由于隙B<气隙A,即使驱动轴或负载轴端产生横向位移,内外转子打滑,也不会导致内、外转子磁钢之间产生摩擦从而保护磁钢不被损毁,保证了磁力联轴器的安全。
图1为《永磁耦合联轴器自对中保护装置》永磁耦合联轴器自对中保护装置的结构示意图。