数字隔离基础：如何使用光耦合器、电感(或磁变压器)和电容

您是数字隔离世界的新手吗?也许你是一个经验丰富的老手?无论您的专业水平如何，我们都可以每隔这么多时钟周期使用一次刷新。数字隔离主题是一个非常受欢迎的领域，有很多有趣的方面。如果以开放格式保留以供消费，仅基础知识就可能使您头晕目眩。在 TI，我们冒昧地将基础知识以易于理解的格式进行了阐述，并随后在此基础上进行了深入研究，深入探讨了更高级的主题。

隔离基础

如果数字隔离听起来像是你锁定不守规矩的恶意软件的地方，那么你可能想从这里开始。电流隔离拓扑可以采用多种形式，其中最流行的三种是：光耦合器、电感(或磁变压器)和电容。

现在，它们是如何测量的?首先，大多数隔离额定值都以伏特为单位，以均方根 (RMS) 或峰值电压 (Vpk) 为单位。要将 Vpk 转换为 RMS，只需除以 2 的平方根，或者基本上是 1.4，反之亦然，从 Vrms 转换为 Vpk。然后是所有设计的关键三个主要隔离值：标准隔离电压额定值 (Viso)、瞬态过电压 (Viotm)、输入电压或浪涌 (Viosm) 和重复峰值电压 (Viorm (pk))不同的拓扑结构、隔离等级值，并了解它们如何帮助您找到适合您的应用程序的组件，请查看EDN 上名为“隔离导航挫折停止教育”的三部分系列的第一部分。

爬电距离和间隙

第二部分转向更高级的主题，包括爬电距离和电气间隙，这与数字隔离系统的设计更相关。爬电距离是外部封装上两个导电点(输入到输出)之间的距离。通常这是底部输入引脚和输出引脚之间的封装周边。间隙是输入到输出之间的最短距离(例如，外部视线)。这不是通过包，而是通常在它下面。通常，它是两者中较小的一个。对于系统级最小爬电距离和电气间隙，您至少需要了解三件事：1) 您的隔离器的工作电压 2) 材料组和 3) 隔离电路将使用的污染程度。这些变量在整个系统考虑中起着重要作用。我们在 EDN 上的隔离系列的第二部分。或者，通过此 Engineer It 视频中的插图了解更多 关于爬电距离和间隙的信息。

局部放电

第三部分是关于局部放电的另一个高级主题，这是一种在组装和制造隔离器时发生的现象。局部放电的概念本质上是指模塑料填料中含有空气(或更糟糕的是，其他污染物颗粒)。当整个电容器上施加电压时，连续化合物的所有区域都按照通常规定的方式起作用。只有当我们遇到这些不幸的不连续气泡袋时，这些气泡才会积累电荷，然后在瞬态内放电，这被称为电介质整体交流相的起始和消光电压水平。如果捕获了足够大的“气泡”，这些局部放电过程可能会侵蚀填料/模具化合物/二氧化硅，从而导致出现微裂纹和裂缝。随着时间的推移，如果任其发展，这些微裂缝会变得越来越大，直到电介质破裂成两块，这不仅使其在美学上不美观，而且无法用作隔离器。要了解有关此问题的更多信息，请阅读我们的EDN 上隔离系列的第三版。

数字隔离可能是一个非常棘手的话题，可能会出现许多陷阱和隐藏的陷阱。更糟糕的是，您可能会认为自己的话题很冷淡，直到您的设计中途停止工作!这三篇文章在技术上都是合理的，并且设计为易于使用，希望您能在此过程中学到一两件事。

如果您准备好下手，可按需提供信息的下一个设计资源是我们的数字隔离器设计指南。它强化了基本的操作原理，但涵盖了实际电路板设计的更高级主题，包括：设计技巧、电路板布局和信号路由。

阅读我们的设计指南后，您可能会受到启发去做一些创造性的隔离设计，请允许我介绍一些有趣的选项：

提高隔离系统的电源效率

· SN6501变压器驱动器可与任何数字隔离器配对，实现高效解决方案

· 这意味着更少的电力浪费和更少的热量。

· ISO1176T是整个封装。它提供与内部变压器驱动器的隔离 RS485 通信。

提供高压保护

· ISO764xFM器件提供 5kV 隔离等级保护(根据 UL 1577)和高达 6kV 的过压瞬态保护。

小封装2.5kV隔离

· 最近发布的ISO71xx系列将封装尺寸减小了 30%，同时提供相同的 2.5kV 隔离。