Analog Isolated Multilevel Quantizer for Voltage Sensing with Galvanic Isolation

Основні поняття

Ein neues Verfahren zur Durchführung isolierter Messungen mit einem Analog Isolated Multilevel Quantizer (AIMQ) wird vorgeschlagen, um komplexe Designs mit Isolationsverstärkern zu vereinfachen und die Effizienz zu steigern.

Анотація

I. Einleitung

• Isolierte Messungen in elektrischen Systemen mit unterschiedlichen Spannungsbereichen sind entscheidend.
• Isolationsverstärker erfordern galvanisch isolierte Versorgungen und Barrieren zwischen primärer und sekundärer Seite.

II. Isolationsverstärker

• Verwendet magnetische, kapazitive oder optische Barrieren.
• Komplexe Analog-zu-Digital-Wandlungsmethoden werden angewendet.

III. Alternative für isolierte Messungen

• Der AIMQ vereinfacht den Prozess, reduziert die Teileanzahl und verbessert die Effizienz.
• Verwendet ein Schema mit Zenerdioden, Optokopplern und Transistoren.

IV. SPICE-Simulationen des AIMQ

• Zeigen die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des AIMQ bei der Spannungstelemetrie.

V. Ein vollständiges Modell des AIMQ

• PCB-Layout und 3D-Rendering des AIMQ-Prototyps werden gezeigt.

VI. Signalgenauigkeit

• Die Fidelity des AIMQ ist ausreichend für viele Anwendungen.

VII. Effizienzgewinne des AIMQ

• Der AIMQ verbraucht im Vergleich zu herkömmlichen isolierten Messansätzen weniger Energie.

VIII. Fazit

• Der AIMQ bietet Vorteile in Effizienz, EMI und Teileanzahl gegenüber herkömmlichen Ansätzen.

Статистика

Der AIMQ verbraucht weniger als 10% der Energie eines Isolationsverstärkers.

Цитати

"Der AIMQ vereinfacht den Prozess, reduziert die Teileanzahl und verbessert die Effizienz."
"Der AIMQ bietet Vorteile in Effizienz, EMI und Teileanzahl gegenüber herkömmlichen Ansätzen."

Ключові висновки, отримані з

Analog Isolated Multilevel Quantizer for Voltage Sensing while Maintaining Galvanic Isolation

by Peter Weber,... о arxiv.org 03-01-2024

https://arxiv.org/pdf/2402.18758.pdf

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Wie könnte der AIMQ die Effizienz in anderen Anwendungen verbessern?

Der AIMQ könnte die Effizienz in anderen Anwendungen verbessern, indem er eine kostengünstige und kompakte Lösung für isolierte Spannungsmessungen bietet. Durch die Verwendung diskreter Ausgänge, die nur aktiviert werden, wenn die Primärspannung verschiedene Schwellenwerte überschreitet, kann der AIMQ den Gesamtstromverbrauch minimieren. Dies ist besonders vorteilhaft in Anwendungen mit hohen Spannungen, da der Stromverbrauch durch die Verwendung von Zener-Dioden für die Schwellenwertbestimmung und optischen Kupplern für die Ausgabe minimiert wird. Darüber hinaus kann die Technologie des AIMQ durch die Verwendung von Bandlückenreferenzen eine hohe Genauigkeit und Temperaturstabilität gewährleisten, was in verschiedenen Anwendungen von Vorteil sein kann.

Gibt es potenzielle Nachteile oder Einschränkungen bei der Verwendung des AIMQ?

Obwohl der AIMQ viele Vorteile bietet, gibt es potenzielle Nachteile oder Einschränkungen bei seiner Verwendung. Zum einen könnte die begrenzte Anzahl von diskreten Ausgangspegeln die Genauigkeit der Spannungstelemetrie beeinträchtigen, insbesondere wenn eine höhere Genauigkeit erforderlich ist. Darüber hinaus könnte die Verwendung von Zener-Dioden und optischen Kupplern die Komplexität des Designs erhöhen und die Herstellungskosten erhöhen. Ein weiterer potenzieller Nachteil könnte die Begrenzung der maximalen Betriebsspannung des AIMQ sein, was in Anwendungen mit extrem hohen Spannungen eine Einschränkung darstellen könnte.

Wie könnte die Technologie des AIMQ in anderen Branchen eingesetzt werden?

Die Technologie des AIMQ könnte in verschiedenen Branchen vielseitig eingesetzt werden. In der Automobilbranche könnte der AIMQ zur Überwachung von Hochspannungssystemen in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. In der Luft- und Raumfahrt könnte der AIMQ in Satellitensystemen zur Spannungsmessung in isolierten Umgebungen verwendet werden. In der Medizintechnik könnte der AIMQ in medizinischen Geräten eingesetzt werden, die eine galvanische Trennung erfordern. Darüber hinaus könnte der AIMQ in der Energiebranche zur Überwachung von Hochspannungsleitungen oder in der Industrie zur Steuerung von Prozessen eingesetzt werden, die isolierte Spannungsmessungen erfordern.