如果我們是電源設計人員，那么在處理高壓開關轉換器時，隔離通常是一個問題。在高壓初級電壓和次級低壓之間使用某種形式的隔離是很常見的。反饋控制環(huán)路經常穿越隔離邊界，因此脈沖變壓器或光耦合器是常用的解決方案，因為環(huán)路帶寬非常低——通常小于 1 MHz。
簡單地說，隔離可在傳輸所需信號和/或電源的同時，阻止系統(tǒng)不同部件之間的異常直流和交流電流。設計人員將在許多應用中采用隔離技術來為電源或電機驅動電路中的高壓側柵極驅動器供電，保護高壓系統(tǒng)中的低壓電路(如電動汽車系統(tǒng)中的處理器)，分離具有不同電壓電位的系統(tǒng)之間的通信，或防止高壓設備終端用戶觸電。存在許多不同級別的隔離，包括功能隔離、基礎隔離、雙隔離和增強隔離。
但是，如果我們正在研究通信或工廠自動化系統(tǒng)，我們可能需要以更高的速度跨越隔離邊界 - 并且可能需要更高的電壓差。首先，我們可能會問，為什么封閉系統(tǒng)之間的通信鏈路需要隔離?大型網絡的創(chuàng)建方式和它們所在的環(huán)境通常是一個問題。
我們都聽說過瞬態(tài)噪聲，例如導致損壞的電快速瞬態(tài) (EFT) 突發(fā)。然而，網絡可能會因接地差而遭受嚴重損害。什么被認為是“地面”是完全任意的。如果電纜傳輸 1000 英尺到另一座建筑物，那么這兩個位置的接地點很可能非常不同。
下面例子說明了接地電流如何在應具有相同電位的兩個位置之間轉移電壓。RG 是“接地”的電阻。當電流流過負載 (R1) 時，RG 上會出現電壓降，從而導致 VG1 和 VG2 之間存在差異。起初它似乎很小。在電源的情況下，接地只是用于管理故障的參考點。
在大型工業(yè)應用中，用于冶煉的電爐和大型電動機會消耗大量電流。如果這些電流不平衡，大地的返回電流可能非常大，從而產生很大的差動電壓。此外，雷電引起的接地電流也會改變差分接地電壓。
由于這些差分電壓很可能是靜態(tài)的，因此不能使用瞬態(tài)電壓抑制 (TVS) 二極管。如果差分接地電壓足夠高并且有足夠的電流(似乎總是存在)，它只會在安裝它的 PCB 上留下一個燒焦的孔。我親眼目睹了這一點。此外，TVS 二極管具有高電容，這可能會影響驅動器和接收器的線路信號完整性。
一個更好的解決方案是在網絡中使用隔離。這通常使用光耦合器完成。然而，LED 會隨著時間的推移而退化——在許多工業(yè)應用中隨著溫度的升高而退化得更快。一個優(yōu)越的解決方案是使用專門設計用于隔離高速信號的硅器件。TI 的電容耦合數字隔離器采用二氧化硅 (SiO2) 絕緣體制造，可提供數千伏的隔離電壓以及超過 100 Mbps 的速度。TI 的數字隔離器產品組合具有根據 VDE 0884-10高達 4242 V PK的基本或功能隔離。查找有關即將推出的 TI 增強型數字隔離器系列的更多信息。
因此，在設計工業(yè)網絡或僅需要控制大功率負載時，請記住高速數字隔離器設備的優(yōu)勢。它們可以提供帶寬和隔離，并有助于防止我們精心制作的電路起火!直到下一次…
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