隔离器作为绝缘体：使用隔离来确保电气安全

有效隔离是一种在允许信息和电力传输发生的同时，最大限度地减少两个电路之间流动的直流和不受控制的瞬态电流的方法。实现隔离的集成电路 (IC) 称为隔离器。

一些应用程序出于功能目的使用隔离；也就是说，让系统正常工作。功能隔离的两个示例是防止物理上分开放置在工厂车间的两个 24V 系统之间的接地电位差 (GPD)，以及汽车中 12V 和 48V 域之间的通信。避免电子产品发生触电情形的主要设计塬则，就是在危险的带电电路与任何可能会被电子装置使用者所接触到的导体之间，必须要具有对等的两组独立绝缘系统。其中一组绝缘系统可以是安全接地的包覆与单层的内部绝缘，或者是设置两组绝缘系统以提供备援性的保护。随着电气系统的复杂度增加，在两个绝缘层之间进行直流电隔离通讯，但又不能失去讯号完整度的需求也日益提高，因而产生装置必须具有等效电气强度与可靠度的两组备援绝缘系统的要求。

许多其他应用使用隔离技术来帮助在连接到潜在危险电压的第一电路和在适当定义和实施隔离级别时人类操作员可以访问的次级低压电路之间建立绝缘链路。此类系统的示例包括医疗设备、测试和测量设备、电动工具、电源、电动汽车充电器和工业电机驱动系统。

在工业交流电机驱动器的简化框图中如图 1 所示，输入电网电源、整流 DC+ 和 DC- 母线、绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 端子和交流驱动器的三相输出都带有高压。控制电机驱动的模块由低压电路组成，并且可能具有可供人类操作员使用的接口和连接器。在这种情况下，隔离的 IGBT 栅极驱动器和隔离的电压和电流检测电路充当绝缘屏障，有助于防止高压出现在操作员可能接触到的连接器和接口上。这是对隔离器正常功能的补充：为 IGBT 提供控制电压，为控制模块提供电压和电流反馈，用于与电气安全无关的操作目的。

图 1：工业交流电机驱动器的简化框图

根据涉及人身安全风险的应用，最终产品安全标准（例如 IEC 61800-5-1 [i]和 IEC 61010-1 [ii]）要求至少有两个基本绝缘等级或在高压和裸露部分之间使用两个基本隔离器（也称为双重绝缘），这样即使一个隔离器未能按设计绝缘，另一个也可以提供同等级别的安全保护。另一种选择是使用采用加强绝缘的单一隔离方法，它提供与两个串联基本绝缘系统类似的保护。与基本隔离相比，加强绝缘必须满足更严格的要求，因为加强绝缘系统的损坏可能会导致潜在的风险。

用于增强电气安全性的隔离器需要承受不同大小和持续时间的电压应力，具体取决于特定应用。首先，当然是隔离器绝缘层上的持续电压，在正常运行期间和最终产品应用的预期寿命期间持续存在。这称为工作电压。其次是由输入电压供电系统中的负载变化或短路引起的暂时过电压（持续 5 s 到 60 s） 其他高压条件包括浪涌或脉冲电压，它们表示通常由直接或间接干扰源（如闪电）引起的过电压罢工、故障等。这些应力代表现实生活中的干扰场景，其中隔离组件的绝缘特性不得损坏，因为这种故障可能会危及设备的电气安全。除了耐受此类电压条件外，隔离器封装还必须在高压和低压引脚之间留有一定的最小间距，沿隔离器的最短距离（爬电距离）测量，以最大限度地减少封装退化，包括由于引入湿气和短路而导致的短路。 / 或其他环境污染物，并通过空气间距（间隙）将电弧风险降至最低。

对这些外部影响应力的幅度和持续时间的要求由相应的终端设备标准规定，并与电源或其他高压源相称。例如，IEC 61800-5-1 确立了工业交流电机驱动器的电气安全要求。

TI 发布的ISO5851和ISO5451增强型隔离式栅极驱动器。这些器件可根据 IEC 61800-5-1 设计增强型和基本隔离。