隔離器作為絕緣體：使用隔離來(lái)確保電氣安全

有效隔離是一種在允許信息和電力傳輸發(fā)生的同時(shí)，最大限度地減少兩個(gè)電路之間流動(dòng)的直流和不受控制的瞬態(tài)電流的方法。實(shí)現(xiàn)隔離的集成電路 (IC) 稱為隔離器。

一些應(yīng)用程序出于功能目的使用隔離；也就是說(shuō)，讓系統(tǒng)正常工作。功能隔離的兩個(gè)示例是防止物理上分開(kāi)放置在工廠車(chē)間的兩個(gè) 24V 系統(tǒng)之間的接地電位差 (GPD)，以及汽車(chē)中 12V 和 48V 域之間的通信。避免電子產(chǎn)品發(fā)生觸電情形的主要設(shè)計(jì)塬則，就是在危險(xiǎn)的帶電電路與任何可能會(huì)被電子裝置使用者所接觸到的導(dǎo)體之間，必須要具有對(duì)等的兩組獨(dú)立絕緣系統(tǒng)。其中一組絕緣系統(tǒng)可以是安全接地的包覆與單層的內(nèi)部絕緣，或者是設(shè)置兩組絕緣系統(tǒng)以提供備援性的保護(hù)。隨著電氣系統(tǒng)的復(fù)雜度增加，在兩個(gè)絕緣層之間進(jìn)行直流電隔離通訊，但又不能失去訊號(hào)完整度的需求也日益提高，因而產(chǎn)生裝置必須具有等效電氣強(qiáng)度與可靠度的兩組備援絕緣系統(tǒng)的要求。

許多其他應(yīng)用使用隔離技術(shù)來(lái)幫助在連接到潛在危險(xiǎn)電壓的第一電路和在適當(dāng)定義和實(shí)施隔離級(jí)別時(shí)人類(lèi)操作員可以訪問(wèn)的次級(jí)低壓電路之間建立絕緣鏈路。此類(lèi)系統(tǒng)的示例包括醫(yī)療設(shè)備、測(cè)試和測(cè)量設(shè)備、電動(dòng)工具、電源、電動(dòng)汽車(chē)充電器和工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

在工業(yè)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的簡(jiǎn)化框圖中如圖 1 所示，輸入電網(wǎng)電源、整流 DC+ 和 DC- 母線、絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 端子和交流驅(qū)動(dòng)器的三相輸出都帶有高壓?？刂齐姍C(jī)驅(qū)動(dòng)的模塊由低壓電路組成，并且可能具有可供人類(lèi)操作員使用的接口和連接器。在這種情況下，隔離的 IGBT 柵極驅(qū)動(dòng)器和隔離的電壓和電流檢測(cè)電路充當(dāng)絕緣屏障，有助于防止高壓出現(xiàn)在操作員可能接觸到的連接器和接口上。這是對(duì)隔離器正常功能的補(bǔ)充：為 IGBT 提供控制電壓，為控制模塊提供電壓和電流反饋，用于與電氣安全無(wú)關(guān)的操作目的。

圖 1：工業(yè)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的簡(jiǎn)化框圖

根據(jù)涉及人身安全風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)用，最終產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)（例如 IEC 61800-5-1 [i]和 IEC 61010-1 [ii]）要求至少有兩個(gè)基本絕緣等級(jí)或在高壓和裸露部分之間使用兩個(gè)基本隔離器（也稱為雙重絕緣），這樣即使一個(gè)隔離器未能按設(shè)計(jì)絕緣，另一個(gè)也可以提供同等級(jí)別的安全保護(hù)。另一種選擇是使用采用加強(qiáng)絕緣的單一隔離方法，它提供與兩個(gè)串聯(lián)基本絕緣系統(tǒng)類(lèi)似的保護(hù)。與基本隔離相比，加強(qiáng)絕緣必須滿足更嚴(yán)格的要求，因?yàn)榧訌?qiáng)絕緣系統(tǒng)的損壞可能會(huì)導(dǎo)致潛在的風(fēng)險(xiǎn)。

用于增強(qiáng)電氣安全性的隔離器需要承受不同大小和持續(xù)時(shí)間的電壓應(yīng)力，具體取決于特定應(yīng)用。首先，當(dāng)然是隔離器絕緣層上的持續(xù)電壓，在正常運(yùn)行期間和最終產(chǎn)品應(yīng)用的預(yù)期壽命期間持續(xù)存在。這稱為工作電壓。其次是由輸入電壓供電系統(tǒng)中的負(fù)載變化或短路引起的暫時(shí)過(guò)電壓（持續(xù) 5 s 到 60 s） 其他高壓條件包括浪涌或脈沖電壓，它們表示通常由直接或間接干擾源（如閃電）引起的過(guò)電壓罷工、故障等。這些應(yīng)力代表現(xiàn)實(shí)生活中的干擾場(chǎng)景，其中隔離組件的絕緣特性不得損壞，因?yàn)檫@種故障可能會(huì)危及設(shè)備的電氣安全。除了耐受此類(lèi)電壓條件外，隔離器封裝還必須在高壓和低壓引腳之間留有一定的最小間距，沿隔離器的最短距離（爬電距離）測(cè)量，以最大限度地減少封裝退化，包括由于引入濕氣和短路而導(dǎo)致的短路。 / 或其他環(huán)境污染物，并通過(guò)空氣間距（間隙）將電弧風(fēng)險(xiǎn)降至最低。

對(duì)這些外部影響應(yīng)力的幅度和持續(xù)時(shí)間的要求由相應(yīng)的終端設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，并與電源或其他高壓源相稱。例如，IEC 61800-5-1 確立了工業(yè)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電氣安全要求。

TI 發(fā)布的ISO5851和ISO5451增強(qiáng)型隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器。這些器件可根據(jù) IEC 61800-5-1 設(shè)計(jì)增強(qiáng)型和基本隔離。