數(shù)字隔離基礎(chǔ)：如何使用光耦合器、電感(或磁變壓器)和電容

您是數(shù)字隔離世界的新手嗎?也許你是一個經(jīng)驗(yàn)豐富的老手?無論您的專業(yè)水平如何，我們都可以每隔這么多時鐘周期使用一次刷新。數(shù)字隔離主題是一個非常受歡迎的領(lǐng)域，有很多有趣的方面。如果以開放格式保留以供消費(fèi)，僅基礎(chǔ)知識就可能使您頭暈?zāi)垦！Ｔ? TI，我們冒昧地將基礎(chǔ)知識以易于理解的格式進(jìn)行了闡述，并隨后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了深入研究，深入探討了更高級的主題。

隔離基礎(chǔ)

如果數(shù)字隔離聽起來像是你鎖定不守規(guī)矩的惡意軟件的地方，那么你可能想從這里開始。電流隔離拓?fù)淇梢圆捎枚喾N形式，其中最流行的三種是：光耦合器、電感(或磁變壓器)和電容。

現(xiàn)在，它們是如何測量的?首先，大多數(shù)隔離額定值都以伏特為單位，以均方根 (RMS) 或峰值電壓 (Vpk) 為單位。要將 Vpk 轉(zhuǎn)換為 RMS，只需除以 2 的平方根，或者基本上是 1.4，反之亦然，從 Vrms 轉(zhuǎn)換為 Vpk。然后是所有設(shè)計(jì)的關(guān)鍵三個主要隔離值：標(biāo)準(zhǔn)隔離電壓額定值 (Viso)、瞬態(tài)過電壓 (Viotm)、輸入電壓或浪涌 (Viosm) 和重復(fù)峰值電壓 (Viorm (pk))不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、隔離等級值，并了解它們?nèi)绾螏椭业竭m合您的應(yīng)用程序的組件，請查看EDN 上名為“隔離導(dǎo)航挫折停止教育”的三部分系列的第一部分。

爬電距離和間隙

第二部分轉(zhuǎn)向更高級的主題，包括爬電距離和電氣間隙，這與數(shù)字隔離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更相關(guān)。爬電距離是外部封裝上兩個導(dǎo)電點(diǎn)(輸入到輸出)之間的距離。通常這是底部輸入引腳和輸出引腳之間的封裝周邊。間隙是輸入到輸出之間的最短距離(例如，外部視線)。這不是通過包，而是通常在它下面。通常，它是兩者中較小的一個。對于系統(tǒng)級最小爬電距離和電氣間隙，您至少需要了解三件事：1) 您的隔離器的工作電壓 2) 材料組和 3) 隔離電路將使用的污染程度。這些變量在整個系統(tǒng)考慮中起著重要作用。我們在 EDN 上的隔離系列的第二部分?；蛘?，通過此 Engineer It 視頻中的插圖了解更多?關(guān)于爬電距離和間隙的信息。

局部放電

第三部分是關(guān)于局部放電的另一個高級主題，這是一種在組裝和制造隔離器時發(fā)生的現(xiàn)象。局部放電的概念本質(zhì)上是指模塑料填料中含有空氣(或更糟糕的是，其他污染物顆粒)。當(dāng)整個電容器上施加電壓時，連續(xù)化合物的所有區(qū)域都按照通常規(guī)定的方式起作用。只有當(dāng)我們遇到這些不幸的不連續(xù)氣泡袋時，這些氣泡才會積累電荷，然后在瞬態(tài)內(nèi)放電，這被稱為電介質(zhì)整體交流相的起始和消光電壓水平。如果捕獲了足夠大的“氣泡”，這些局部放電過程可能會侵蝕填料/模具化合物/二氧化硅，從而導(dǎo)致出現(xiàn)微裂紋和裂縫。隨著時間的推移，如果任其發(fā)展，這些微裂縫會變得越來越大，直到電介質(zhì)破裂成兩塊，這不僅使其在美學(xué)上不美觀，而且無法用作隔離器。要了解有關(guān)此問題的更多信息，請閱讀我們的EDN 上隔離系列的第三版。

數(shù)字隔離可能是一個非常棘手的話題，可能會出現(xiàn)許多陷阱和隱藏的陷阱。更糟糕的是，您可能會認(rèn)為自己的話題很冷淡，直到您的設(shè)計(jì)中途停止工作!這三篇文章在技術(shù)上都是合理的，并且設(shè)計(jì)為易于使用，希望您能在此過程中學(xué)到一兩件事。

如果您準(zhǔn)備好下手，可按需提供信息的下一個設(shè)計(jì)資源是我們的數(shù)字隔離器設(shè)計(jì)指南。它強(qiáng)化了基本的操作原理，但涵蓋了實(shí)際電路板設(shè)計(jì)的更高級主題，包括：設(shè)計(jì)技巧、電路板布局和信號路由。

閱讀我們的設(shè)計(jì)指南后，您可能會受到啟發(fā)去做一些創(chuàng)造性的隔離設(shè)計(jì)，請?jiān)试S我介紹一些有趣的選項(xiàng)：

提高隔離系統(tǒng)的電源效率

· SN6501變壓器驅(qū)動器可與任何數(shù)字隔離器配對，實(shí)現(xiàn)高效解決方案

· 這意味著更少的電力浪費(fèi)和更少的熱量。

· ISO1176T是整個封裝。它提供與內(nèi)部變壓器驅(qū)動器的隔離 RS485 通信。

提供高壓保護(hù)

· ISO764xFM器件提供 5kV 隔離等級保護(hù)(根據(jù) UL 1577)和高達(dá) 6kV 的過壓瞬態(tài)保護(hù)。

小封裝2.5kV隔離

· 最近發(fā)布的ISO71xx系列將封裝尺寸減小了 30%，同時提供相同的 2.5kV 隔離。