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當高壓進入系統時，高壓的存在會導致明顯的電位差，自由流動的直流電流和一些交流信號將不再安全。電氣隔離分離電氣系統，以防止信號和電源傳輸，同時防止這些部件產生直流電流和有害的交流電流。要在一個系統中建立可靠的隔離，需要考慮很多因素，隔離的額定值，CMTI，EMI，電氣間隙等。 在高壓電源系統中，我們必須首先考慮安全性。無論是通過隔離實現汽車應用中敏感電子元件與快速瞬變高壓元件之間的安全通信需求越來越明顯，還是工業系統中對高壓浪涌、大接地電位差、高側元件通信共模瞬態數據的保護越來越迫切，只有引入設備隔離，才能實現安全可靠的運行。 為什么要引入隔離 當兩個設備或電路通信時，直流電流和交流信號通常自由流動。在低壓系統中，這種工作模式是安全的。然而，當高壓進入系統時，高壓的存在會導致明顯的電位差，自由流動的直流電流和一些交流信號將不再安全。電氣隔離分離電氣系統，以防止信號和電源傳輸，同時防止這些部件產生直流電流和有害的交流電流。 電路之間隔離的引入主要有三個原因。當然，一是滿足安全法規，確保安全，防止電流通過人體從高壓電位元件流向接地，提高安全性。 第二個原因是為了解決接地電位差，這通常被稱為接地電路，這可能導致通信子系統之間的不準確或中斷。從一個電路到另一個電路的接地電位的變化會產生電壓差。當電流通過接地電路時，如果出現明顯的電壓差，則會導致數據通信錯誤。 第三個原因也與接地環路有關，隔離可以用來降低接地環路的噪聲，提高電路的抗噪性。50/60Hz環境噪聲允許系統捕獲不必要的電流信息，隔離可以斷開接地回路，以確保信號的完整性。這些都是外部噪聲源，但實際上更大的噪聲源來自內部，即系統中的瞬態行為。當設備切換工作模式發生瞬態時，信號路徑上會產生高轉換率的瞬態電壓。這種瞬態行為和隔離設備CMTI直接掛鉤。 不同等級的高壓隔離 要在一個系統中建立可靠的隔離，需要考慮很多因素，隔離的額定值，CMTI，EMI，電氣間隙等。根據分配給電氣系統的隔離等級，有功能隔離、基本隔離、輔助隔離和增強隔離。 功能隔離只會給系統分配很少的隔離，使系統能夠正常運行，但功能隔離不能防止觸電。該等級的隔離僅滿足設備正常運行的要求。基本隔離具有與最高系統級電壓相同的安全等級，在滿足系統正常運行的條件下，可提供足夠的觸電保護。 輔助隔離在基本隔離的基礎上增加了額外的獨立隔離，主要是為了防止系統在基本隔離發生故障時受損。增強隔離是應用于高壓系統的最高商業等級，可以承受更高的電壓測試標準和更長的額定壽命。 作為隔離應用中最重要的指標之一，CMTI它反映了ADS8341EB隔離器件在高速瞬變下的可靠運行能力。高性能隔離器件CMTI額定值很容易達到100V/ns，在一些隔離器件的測試中CMTI超過200V/ns也有很多。這與寬帶間隙半導體的普及有很大關系。寬帶間隙半導體的普及使隔離器件能夠達到更高的瞬態電壓（dV/dt）邊緣速率。 常見的隔離方法 電路隔離分為模擬隔離和數字隔離。模擬隔離在ADC隔離模擬信號提供在輸入端之前，然后ADC輸入數字化信號，隔離放大器或隔離ADC它通常用于隔離模擬信號。通過隔離數據轉換器，模擬隔離可以避免放大器增益誤差，調制器可以直接采樣和模擬輸入信號，可以實現高分辨率的隔離輸入。數字隔離是隔離數字輸入信號的一種方法。數字隔離實現電氣隔離器狀態下的數字信號傳輸，提供電流隔離數字信號路徑。 兩種隔離中常用的隔離半導體技術是光耦合、電容耦合和磁耦合。每種技術使用不同的絕緣材料，具有不同的介質強度。對于光耦合使用的絕緣材料，電介質強度較低，要實現高級隔離，需要更多的物理分割。基于光耦合的隔離，Broadcom作為行業領頭羊，共模抗干擾行業指標為50kV/μs，這在光耦技術下已經非常高了CMTI。光耦總是在CMTI并在擴展性上做出選擇。雖然光耦合可以實現高數據速率，但它會犧牲寄生電容，增加功耗，大大降低光耦合CMTI。但是厚絕緣層的耐壓優勢使得光耦的使用場景也非常穩定。 由于電容可以自然地阻斷直流信號，電容隔離技術可以使用更高級的調制方案，基于通過電介質的交流信號傳輸。作為三種技術中內部絕緣厚度最小的技術，基于二氧化硅的容量耦合比基于聚酰亞胺的磁耦合厚度小近10μm。電容耦合采用薄片電容原理，實現信號隔離傳輸，使用壽命長，功耗低，傳輸速率高。唯一的缺點是，在高壓系統中，絕緣厚度是有限的，這意味著電容耦合的浪涌保護能力將相對有限。然而，也有多層電容和多層鈍化方法來提高高壓浪涌上電容耦合的可靠性。 磁性隔離技術在需要高頻直流/直流電源轉換的應用中具有最大的優勢。它可以在大多數應用程序中傳輸超過數百毫瓦的功率，并且可以發送高頻信號并發送高頻信號。其他隔離技術無法改善傳輸延遲和延遲偏差。 小結 在工業和汽車等高壓系統的應用中，高等級隔離可以保護低壓電路免受高壓故障的影響，中斷接地電路，保持信號完整性，從而實現不同電壓領域之間的通信。隨著高壓系統電源管理的集成度越來越高，需要實現越來越多的隔離和保護功能，不同技術的隔離器件越來越小IC封裝尺寸，集成度更高，集成度更低EMI需要在更高效率的需求之間進行權衡。 AO-Electronics 傲 壹 電 子 官網：http://www.aoelectronics.com 中文網：http://www.aoelectronics.cn 
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