為我們的高壓和高速通訊等應(yīng)用選擇合適的隔離器件

如果我們是電源設(shè)計(jì)人員，那么在處理高壓開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器時(shí)，隔離通常是一個(gè)問(wèn)題。在高壓初級(jí)電壓和次級(jí)低壓之間使用某種形式的隔離是很常見(jiàn)的。反饋控制環(huán)路經(jīng)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?yàn)榄h(huán)路帶寬非常低——通常小于 1 MHz。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，隔離可在傳輸所需信號(hào)和/或電源的同時(shí)，阻止系統(tǒng)不同部件之間的異常直流和交流電流。設(shè)計(jì)人員將在許多應(yīng)用中采用隔離技術(shù)來(lái)為電源或電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中的高壓側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器供電，保護(hù)高壓系統(tǒng)中的低壓電路(如電動(dòng)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(shè)備終端用戶觸電。存在許多不同級(jí)別的隔離，包括功能隔離、基礎(chǔ)隔離、雙隔離和增強(qiáng)隔離。

但是，如果我們正在研究通信或工廠自動(dòng)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(huì)問(wèn)，為什么封閉系統(tǒng)之間的通信鏈路需要隔離?大型網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建方式和它們所在的環(huán)境通常是一個(gè)問(wèn)題。

我們都聽(tīng)說(shuō)過(guò)瞬態(tài)噪聲，例如導(dǎo)致?lián)p壞的電快速瞬態(tài) (EFT) 突發(fā)。然而，網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)因接地差而遭受嚴(yán)重?fù)p害。什么被認(rèn)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(gè)位置的接地點(diǎn)很可能非常不同。

下面例子說(shuō)明了接地電流如何在應(yīng)具有相同電位的兩個(gè)位置之間轉(zhuǎn)移電壓。RG 是“接地”的電阻。當(dāng)電流流過(guò)負(fù)載 (R1) 時(shí)，RG 上會(huì)出現(xiàn)電壓降，從而導(dǎo)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(diǎn)。

在大型工業(yè)應(yīng)用中，用于冶煉的電爐和大型電動(dòng)機(jī)會(huì)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(chǎn)生很大的差動(dòng)電壓。此外，雷電引起的接地電流也會(huì)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(huì)在安裝它的 PCB 上留下一個(gè)燒焦的孔。我親眼目睹了這一點(diǎn)。此外，TVS 二極管具有高電容，這可能會(huì)影響驅(qū)動(dòng)器和接收器的線路信號(hào)完整性。

一個(gè)更好的解決方案是在網(wǎng)絡(luò)中使用隔離。這通常使用光耦合器完成。然而，LED 會(huì)隨著時(shí)間的推移而退化——在許多工業(yè)應(yīng)用中隨著溫度的升高而退化得更快。一個(gè)優(yōu)越的解決方案是使用專門設(shè)計(jì)用于隔離高速信號(hào)的硅器件。TI 的電容耦合數(shù)字隔離器采用二氧化硅 (SiO2) 絕緣體制造，可提供數(shù)千伏的隔離電壓以及超過(guò) 100 Mbps 的速度。TI 的數(shù)字隔離器產(chǎn)品組合具有根據(jù) VDE 0884-10高達(dá) 4242 V PK的基本或功能隔離。查找有關(guān)即將推出的 TI 增強(qiáng)型數(shù)字隔離器系列的更多信息。

因此，在設(shè)計(jì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)或僅需要控制大功率負(fù)載時(shí)，請(qǐng)記住高速數(shù)字隔離器設(shè)備的優(yōu)勢(shì)。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…