分層隔離基礎知識詳解

利用序列光耦合器建立雙隔離柵會存在一些問題，因為數(shù)據(jù)完整性很差，而且沒有一種緊湊和廉價的方式為兩個隔離柵之間的接口提供電源。隨著iCoupler?等高性能數(shù)字隔離器以及isoPower?器件集成電源的問世，通過分層隔離器建立高壓隔離柵現(xiàn)在已經(jīng)成為一種可行解決方案。

由于新型電池和發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速擴張，我們需要具有很高工作電壓的接口，還要求提供加強絕緣。例如，太陽能逆變器應用具有以下要求：

?800 VDC的工作電壓
?2級污染等級
?過壓類別III

根據(jù)IEC 62109-1標準的有關加強絕緣的規(guī)定，這需要：

?脈沖耐受6000 VPEAK電壓
?800 VDC的工作電壓
?8 mm的增強電氣間隙
?16 mm的增強爬電距離

此爬電距離在當前封裝中不可能實現(xiàn)。但是，如果隔離柵可以分成基本隔離柵和補充隔離柵，則對每個隔離柵的要求是：

?脈沖耐受6000 VPEAK電壓
?800 VDC的工作電壓
?5.5 mm的基本/補充電氣間隙
?8 mm的基本/補充爬電距離

SOIC16W封裝的iCoupler器件，可以達到基本/補充絕緣電氣間隙、爬電距離和脈沖電壓要求。
以下框圖顯示如何級聯(lián)isoPower器件和標準高壓iCoupler器件以提供所需的隔離。必須非常小心地確定數(shù)據(jù)通道的整體性能。

兩個組件之間的傳播延遲、脈沖寬度失真和通道匹配值將會增加。最大數(shù)據(jù)速率將受到兩個器件中速率較慢器件的限制。isoPower器件提供運行中間接口的電源。在高達1 Mbps的數(shù)據(jù)速率下，整個隔離柵在5 V電壓下需要大約20 mA的功率，在更高數(shù)據(jù)速率下，還需要更高功率。

如果必須跨越兩個隔離柵輸送電源，以便為隔離負載供電，則必須按以下所示方式級聯(lián)兩個isoPower器件。

這種配置非常緊湊，但總功效非常低。下圖顯示了負載的功效。如果數(shù)據(jù)傳輸速率高于1 Mbps，則數(shù)據(jù)傳輸將使用一部分可用功率，每個階段的功耗必須進行詳細計算。如上所示，該應用從原邊輸入獲取大約40 mA功率，以創(chuàng)建整個接口。

這種方法可以解決太陽能逆變器應用中的一大難題。在不同的標準和應用中，可以應用此方法來實現(xiàn)不同目標，這要取決于特定系統(tǒng)標準的具體細節(jié)?？梢允褂胕soPower器件、數(shù)字隔離器和器件接口的多種組合來創(chuàng)建隔離數(shù)字I2C和USB接口，向終端負載提供或不提供功耗。