为我们的高压和高速通讯等应用选择合适的隔离器件

如果我们是电源设计人员，那么在处理高压开关转换器时，隔离通常是一个问题。在高压初级电压和次级低压之间使用某种形式的隔离是很常见的。反馈控制环路经常穿越隔离边界，因此脉冲变压器或光耦合器是常用的解决方案，因为环路带宽非常低——通常小于 1 MHz。

简单地说，隔离可在传输所需信号和/或电源的同时，阻止系统不同部件之间的异常直流和交流电流。设计人员将在许多应用中采用隔离技术来为电源或电机驱动电路中的高压侧栅极驱动器供电，保护高压系统中的低压电路(如电动汽车系统中的处理器)，分离具有不同电压电位的系统之间的通信，或防止高压设备终端用户触电。存在许多不同级别的隔离，包括功能隔离、基础隔离、双隔离和增强隔离。

但是，如果我们正在研究通信或工厂自动化系统，我们可能需要以更高的速度跨越隔离边界 - 并且可能需要更高的电压差。首先，我们可能会问，为什么封闭系统之间的通信链路需要隔离?大型网络的创建方式和它们所在的环境通常是一个问题。

我们都听说过瞬态噪声，例如导致损坏的电快速瞬态 (EFT) 突发。然而，网络可能会因接地差而遭受严重损害。什么被认为是“地面”是完全任意的。如果电缆传输 1000 英尺到另一座建筑物，那么这两个位置的接地点很可能非常不同。

下面例子说明了接地电流如何在应具有相同电位的两个位置之间转移电压。RG 是“接地”的电阻。当电流流过负载 (R1) 时，RG 上会出现电压降，从而导致 VG1 和 VG2 之间存在差异。起初它似乎很小。在电源的情况下，接地只是用于管理故障的参考点。

在大型工业应用中，用于冶炼的电炉和大型电动机会消耗大量电流。如果这些电流不平衡，大地的返回电流可能非常大，从而产生很大的差动电压。此外，雷电引起的接地电流也会改变差分接地电压。

由于这些差分电压很可能是静态的，因此不能使用瞬态电压抑制 (TVS) 二极管。如果差分接地电压足够高并且有足够的电流(似乎总是存在)，它只会在安装它的 PCB 上留下一个烧焦的孔。我亲眼目睹了这一点。此外，TVS 二极管具有高电容，这可能会影响驱动器和接收器的线路信号完整性。

一个更好的解决方案是在网络中使用隔离。这通常使用光耦合器完成。然而，LED 会随着时间的推移而退化——在许多工业应用中随着温度的升高而退化得更快。一个优越的解决方案是使用专门设计用于隔离高速信号的硅器件。TI 的电容耦合数字隔离器采用二氧化硅 (SiO2) 绝缘体制造，可提供数千伏的隔离电压以及超过 100 Mbps 的速度。TI 的数字隔离器产品组合具有根据 VDE 0884-10高达 4242 V PK的基本或功能隔离。查找有关即将推出的 TI 增强型数字隔离器系列的更多信息。

因此，在设计工业网络或仅需要控制大功率负载时，请记住高速数字隔离器设备的优势。它们可以提供带宽和隔离，并有助于防止我们精心制作的电路起火!直到下一次…