TI首席技術官Ahmad Bahai暢談合作型社會中的隔離技術

　　在人與機器持續交互的世界中，適當的隔離措施顯得尤為重要。長達數英里的線路連接電動汽車中的開關、傳感器和高壓電機。工業控制器同工廠車間的傳感器間交換數據、指令和功率。高壓醫療設備監測診所或康復護理機構中的患者。USB接口將工業機器連接到微處理器。高壓繼電器根據智能控制器的指令運行。

　　隨著機械工業系統逐漸被電機、傳感器和驅動器所取代，諸如以上的機器對機器和人對機器的交互應用也越來越多。笨重的機械開關被靈敏的觸摸控件所取代。許多在高壓下運行的電機應用也越來越多。半導體開關在高壓環境的應用也日益普遍。它們都需要與智能控制器和驅動程序進行通信和交互。不斷增加的工業、汽車、醫療和離線方面的應用也都需要隔離技術提供的保護、降噪和可靠性能支持。

　　隔離器對于正確應用下的可靠安全操作至關重要。例如，隔離器可以通過隔離高壓或低壓處理器的可觸及電路防止人們觸電，例如可以驅動高功率工業電機的C2000?微控制器。

　　隔離解決方案

　　點擊了解更多有關通過高壓隔離實現穩健可靠的系統運行的信息。

　　在許多工業應用中，都需要以數百兆位甚至更高的數據傳輸速率在隔離勢壘間高效、可靠地傳輸數據，并且防止高壓浪涌。此外，在柵極驅動器和工業傳感器應用中的某些隔離勢壘間也需要傳輸數據和功率。日益增加的信道數量和對信道間隔離度的更高要求，也不斷提升對小型化解決方案的需求。

　　集成隔離技術的關鍵屬性

　　隔離究竟是什么?隔離勢壘是一種物理介質，有助于在兩個系統間可靠地交換數據和/或功率，同時阻隔多余的電流。集成隔離技術有幾個關鍵屬性：

　　· 隔離器在短時間內(浪涌電壓)或正常工作(工作電壓)期間可承受的最大電壓。

　　· 隔離器在不產生通信錯誤的情況下可承受的最大接地電位差變化率。

　　· 電源引腳之間由隔離勢壘、直接距離(間隙)和表面距離(漏電)引起的延遲。

　　· 電磁干擾的程度。

　　多種方法實現隔離技術

　　隨著芯片封裝的集成器件越來越多，獨立電容器和變壓器被取代，常用的幾種方法如下：

　　電容式：采用多層氧化硅的集成電容器取代了獨立電容器，在通過電場傳輸數據時可提供高水平的隔離性。我們的電容隔離技術在同一模塊中并排放置的兩個芯片上使用兩個串聯電容器。這種方法使我們能夠為高數據速率傳輸提供具有競爭力的增強型隔離解決方案。電容隔離勢壘上的數據速率可超過每秒幾百兆位。通過一些創新的電路拓撲結構，數據速率可以更高，這對于工業以太網等應用具有顯著的優勢。我們公司的隔離器利用了定制化CMOS技術的一系列優勢，可提供高性能的增強隔離勢壘。

　　電感式：一對耦合電感器可用于隔離兩個電路，同時通過磁通量交換數據。兩個電感器可以嵌入層壓印制電路板中或單片集成在管芯上。電感隔離的一個獨特優勢是能夠在隔離勢壘間傳輸超過數百毫瓦的功率，無需在輔面提供額外的電源。除了在隔離勢壘間傳輸數據外，為了實現低輸入電流和保證最高運行環境溫度足夠高，高效的能量輸送對于許多工業應用來說也很重要。TI數字隔離器采用集成電源技術，通過創新的材料和電感器設計實現了最高的能量傳輸效率。

　　電容和電感隔離通常與數據和/或功率調節相結合。數據調節可最大限度地降低瞬態尖峰作為數據出現時的危險，有助于隔離保護信號并確保設備的平穩運行。功率調節可優化功率傳輸效率。

　　還可以通過物理分離兩個系統并采用光學或電磁波通信的方式實現隔離。

　　一種隔離解決方案不能滿足所有需求。在許多情況下，工業應用需要集成式解決方案，包括隔離放大器、隔離諸如RS-485信號的高速數據鏈路，隔離柵極驅動器等。隨著人與機器日益增多的協同合作，高壓隔離解決方案可確保系統更加穩健、可靠地運行。