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當(dāng)高壓進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，高壓的存在會(huì)導(dǎo)致明顯的電位差，自由流動(dòng)的直流電流和一些交流信號(hào)將不再安全。電氣隔離分離電氣系統(tǒng)，以防止信號(hào)和電源傳輸，同時(shí)防止這些部件產(chǎn)生直流電流和有害的交流電流。要在一個(gè)系統(tǒng)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(tǒng)中，我們必須首先考慮安全性。無論是通過隔離實(shí)現(xiàn)汽車應(yīng)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(yè)系統(tǒng)中對(duì)高壓浪涌、大接地電位差、高側(cè)元件通信共模瞬態(tài)數(shù)據(jù)的保護(hù)越來越迫切，只有引入設(shè)備隔離，才能實(shí)現(xiàn)安全可靠的運(yùn)行。 為什么要引入隔離 當(dāng)兩個(gè)設(shè)備或電路通信時(shí)，直流電流和交流信號(hào)通常自由流動(dòng)。在低壓系統(tǒng)中，這種工作模式是安全的。然而，當(dāng)高壓進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，高壓的存在會(huì)導(dǎo)致明顯的電位差，自由流動(dòng)的直流電流和一些交流信號(hào)將不再安全。電氣隔離分離電氣系統(tǒng)，以防止信號(hào)和電源傳輸，同時(shí)防止這些部件產(chǎn)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(gè)原因。當(dāng)然，一是滿足安全法規(guī)，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(gè)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(dǎo)致通信子系統(tǒng)之間的不準(zhǔn)確或中斷。從一個(gè)電路到另一個(gè)電路的接地電位的變化會(huì)產(chǎn)生電壓差。當(dāng)電流通過接地電路時(shí)，如果出現(xiàn)明顯的電壓差，則會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)通信錯(cuò)誤。 第三個(gè)原因也與接地環(huán)路有關(guān)，隔離可以用來降低接地環(huán)路的噪聲，提高電路的抗噪性。50/60Hz環(huán)境噪聲允許系統(tǒng)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(hào)的完整性。這些都是外部噪聲源，但實(shí)際上更大的噪聲源來自內(nèi)部，即系統(tǒng)中的瞬態(tài)行為。當(dāng)設(shè)備切換工作模式發(fā)生瞬態(tài)時(shí)，信號(hào)路徑上會(huì)產(chǎn)生高轉(zhuǎn)換率的瞬態(tài)電壓。這種瞬態(tài)行為和隔離設(shè)備CMTI直接掛鉤。 不同等級(jí)的高壓隔離 要在一個(gè)系統(tǒng)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(jù)分配給電氣系統(tǒng)的隔離等級(jí)，有功能隔離、基本隔離、輔助隔離和增強(qiáng)隔離。 功能隔離只會(huì)給系統(tǒng)分配很少的隔離，使系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，但功能隔離不能防止觸電。該等級(jí)的隔離僅滿足設(shè)備正常運(yùn)行的要求。基本隔離具有與最高系統(tǒng)級(jí)電壓相同的安全等級(jí)，在滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行的條件下，可提供足夠的觸電保護(hù)。 輔助隔離在基本隔離的基礎(chǔ)上增加了額外的獨(dú)立隔離，主要是為了防止系統(tǒng)在基本隔離發(fā)生故障時(shí)受損。增強(qiáng)隔離是應(yīng)用于高壓系統(tǒng)的最高商業(yè)等級(jí)，可以承受更高的電壓測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和更長的額定壽命。 作為隔離應(yīng)用中最重要的指標(biāo)之一，CMTI它反映了ADS8341EB隔離器件在高速瞬變下的可靠運(yùn)行能力。高性能隔離器件CMTI額定值很容易達(dá)到100V/ns，在一些隔離器件的測(cè)試中CMTI超過200V/ns也有很多。這與寬帶間隙半導(dǎo)體的普及有很大關(guān)系。寬帶間隙半導(dǎo)體的普及使隔離器件能夠達(dá)到更高的瞬態(tài)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(shù)字隔離。模擬隔離在ADC隔離模擬信號(hào)提供在輸入端之前，然后ADC輸入數(shù)字化信號(hào)，隔離放大器或隔離ADC它通常用于隔離模擬信號(hào)。通過隔離數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，模擬隔離可以避免放大器增益誤差，調(diào)制器可以直接采樣和模擬輸入信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)高分辨率的隔離輸入。數(shù)字隔離是隔離數(shù)字輸入信號(hào)的一種方法。數(shù)字隔離實(shí)現(xiàn)電氣隔離器狀態(tài)下的數(shù)字信號(hào)傳輸，提供電流隔離數(shù)字信號(hào)路徑。 兩種隔離中常用的隔離半導(dǎo)體技術(shù)是光耦合、電容耦合和磁耦合。每種技術(shù)使用不同的絕緣材料，具有不同的介質(zhì)強(qiáng)度。對(duì)于光耦合使用的絕緣材料，電介質(zhì)強(qiáng)度較低，要實(shí)現(xiàn)高級(jí)隔離，需要更多的物理分割。基于光耦合的隔離，Broadcom作為行業(yè)領(lǐng)頭羊，共模抗干擾行業(yè)指標(biāo)為50kV/μs，這在光耦技術(shù)下已經(jīng)非常高了CMTI。光耦總是在CMTI并在擴(kuò)展性上做出選擇。雖然光耦合可以實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率，但它會(huì)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(yōu)勢(shì)使得光耦的使用場(chǎng)景也非常穩(wěn)定。 由于電容可以自然地阻斷直流信號(hào)，電容隔離技術(shù)可以使用更高級(jí)的調(diào)制方案，基于通過電介質(zhì)的交流信號(hào)傳輸。作為三種技術(shù)中內(nèi)部絕緣厚度最小的技術(shù)，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(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離傳輸，使用壽命長，功耗低，傳輸速率高。唯一的缺點(diǎn)是，在高壓系統(tǒng)中，絕緣厚度是有限的，這意味著電容耦合的浪涌保護(hù)能力將相對(duì)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(shù)在需要高頻直流/直流電源轉(zhuǎn)換的應(yīng)用中具有最大的優(yōu)勢(shì)。它可以在大多數(shù)應(yīng)用程序中傳輸超過數(shù)百毫瓦的功率，并且可以發(fā)送高頻信號(hào)并發(fā)送高頻信號(hào)。其他隔離技術(shù)無法改善傳輸延遲和延遲偏差。 小結(jié) 在工業(yè)和汽車等高壓系統(tǒng)的應(yīng)用中，高等級(jí)隔離可以保護(hù)低壓電路免受高壓故障的影響，中斷接地電路，保持信號(hào)完整性，從而實(shí)現(xiàn)不同電壓領(lǐng)域之間的通信。隨著高壓系統(tǒng)電源管理的集成度越來越高，需要實(shí)現(xiàn)越來越多的隔離和保護(hù)功能，不同技術(shù)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(jìn)行權(quán)衡。 AO-Electronics 傲 壹 電 子 官網(wǎng)：http://www.aoelectronics.com 中文網(wǎng)：http://www.aoelectronics.cn 
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