深入探討電容隔離技術(shù)中增強(qiáng)型數(shù)字隔離器的防震保護(hù)

如果您是在危險(xiǎn)的高壓區(qū)域工作的人，您可能會(huì)稍作停頓，然后考慮一下您是否擁有正確的電氣保護(hù)。如果您周?chē)到y(tǒng)的設(shè)計(jì)者選擇了符合國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)的兩道屏障或加強(qiáng)隔離的設(shè)備，那么您就很有可能獲得安全保護(hù)。兩種類(lèi)型的屏障都可以保護(hù)系統(tǒng)電子設(shè)備，最重要的是可以保護(hù)使用該設(shè)備的人員。

如果系統(tǒng)缺乏適當(dāng)?shù)?a href="http://www.wenjunhu.com/tags/電流/" target="_blank">電流隔離保護(hù)，則握手可以進(jìn)行得很好，也可能不能那么好。

其他設(shè)備或人員周?chē)母邏合到y(tǒng)需要多層電氣隔離。電流隔離是為了防止有害的交流電流在正常運(yùn)行的電氣系統(tǒng)，部件或人體之間流動(dòng)，同時(shí)仍允許信號(hào)和功率傳輸發(fā)生。正如他們所說(shuō)：“電流，而不是電壓，是致命的?！鄙踔劣|摸非電隔離的電路也會(huì)損壞設(shè)備，電路和人員。

在解決數(shù)字隔離難題時(shí)，您可以使用三個(gè)IC選項(xiàng)。電隔離的這些示例是光耦合器和隔離的數(shù)字耦合器。具體來(lái)說(shuō)，這包括具有LED和光電檢測(cè)器的光耦合器；磁耦合器，具有堆疊的帶有聚酰亞胺隔板的IC電感器；以及電容耦合器，它們具有在電容器極板之間具有二氧化硅（SiO2）電介質(zhì)的IC電容器。該博客深入探討了電容隔離技術(shù)背后的細(xì)節(jié)。

功能隔離

有兩種情況需要隔離。第一種稱(chēng)為功能隔離。功能隔離可確保電路正常運(yùn)行。一個(gè)完美的例子是用隔離裝置斷開(kāi)接地回路。斷開(kāi)環(huán)路時(shí)，一個(gè)或多個(gè)通道會(huì)跨在電路接地的接口上（圖2）。

圖2單個(gè)隔離通道可產(chǎn)生有效的功能隔離。

在圖2中，此隔離屏障由底板，SiO2電介質(zhì)和頂板組成。在SiO的厚度2電介質(zhì)支撐件的最大重復(fù)峰值電壓（VIORM）630V的P，最大工作電壓（VIOWM445V的）RMS，最大瞬時(shí)隔離電壓（VIOTM6000V的）P，和最大隔離承受電壓（VISO）為3000VRMS。最大浪涌隔離電壓（VIOSM），按照IEC61000-4-5等于10kV。這種四通道電容隔離器件也可以采用降噪策略工作。在降噪電路中，屏障上有多個(gè)隔離通道，例如ADC的數(shù)字SPI通信線(xiàn)。這種隔離將低噪聲傳感器電路與電路的噪聲其余部分分離開(kāi)來(lái)。

雙重隔離

安全法規(guī)要求雙重或加強(qiáng)隔離，并具有第二個(gè)隔離屏障以實(shí)現(xiàn)冗余。即使第一個(gè)障礙物失效，附加的障礙物也可提供電擊保護(hù)。強(qiáng)大的雙重隔離保護(hù)了模擬前端或外部工業(yè)背板/通信端口，這些端口設(shè)計(jì)用于在惡劣環(huán)境下提高自動(dòng)化程度。雙重隔離需要串聯(lián)兩個(gè)等效的隔離設(shè)備（圖3）。

圖3兩個(gè)單個(gè)隔離屏障設(shè)備的串聯(lián)布置創(chuàng)建了一個(gè)雙重隔離屏障。

在圖3中，兩個(gè)獨(dú)立的設(shè)備具有等效的隔離柵。兩種SiO2電介質(zhì)的厚度在VIORM等于630VRMS，VIOWM等于445VP，VIOTM等于6000VP，VISO等于3000VRMS以及VIOSM等于10kV時(shí)支持隔離規(guī)范。

每個(gè)IEC61000-4-5的最大浪涌隔離電壓（VIOSM）等于10kV，這量化了器件承受極高電壓脈沖的能力。

加強(qiáng)隔離

增強(qiáng)的隔離通過(guò)使用一種具有兩級(jí)功能隔離所需的電氣強(qiáng)度，可靠性和防震保護(hù)的設(shè)備，使系統(tǒng)更緊湊。VIORM，VIOWM，VIOTM，VISO和VIOSM的高壓規(guī)范仍然適用，以確保該器件能夠處理高壓應(yīng)力。與雙重數(shù)字隔離器一樣，數(shù)字隔離器出現(xiàn)在具有標(biāo)準(zhǔn)隔離要求（IEC 60664-1，IEC 61010-1或IEC61800-5-1）的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)和終端設(shè)備中。電容增強(qiáng)型數(shù)字隔離器包含兩個(gè)串聯(lián)的隔離電容器柵，被有源電路圍繞（圖4）。

圖4加固的屏障，在單個(gè)設(shè)備中具有兩個(gè)單獨(dú)的隔離屏障

提供增強(qiáng)隔離的數(shù)字隔離器，以及在設(shè)備內(nèi)部具有實(shí)際雙隔離柵的經(jīng)過(guò)特殊增強(qiáng)的數(shù)字隔離器，提供了最強(qiáng)大的保護(hù)。在高電壓下長(zhǎng)時(shí)間在現(xiàn)場(chǎng)工作的工廠和電網(wǎng)設(shè)備需要這種堅(jiān)固性，以減少維護(hù)成本和停機(jī)時(shí)間。

通用機(jī)器人技術(shù)和系統(tǒng)是該行業(yè)中的一種增長(zhǎng)趨勢(shì)。有時(shí)，相同的模塊可能會(huì)在操作員可觸及的地方以及系統(tǒng)內(nèi)較深的地方使用，而不需要與人接觸。對(duì)于增強(qiáng)型數(shù)字隔離器而言，低功耗，消耗很少的電流并產(chǎn)生很少的熱量至關(guān)重要。熱會(huì)對(duì)材料造成壓力，并使絕緣勢(shì)壘退化。節(jié)能導(dǎo)致的低熱量產(chǎn)生是可靠的數(shù)字隔離的關(guān)鍵。

通常在工業(yè)應(yīng)用中需要電隔離，這不僅是為了提供完整的隔離屏障，而且還需要跨屏障發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)操作人員在危險(xiǎn)的高壓和電子信號(hào)鏈上工作時(shí)，必須使用至少兩個(gè)電流隔離屏障，但最好使用增強(qiáng)型數(shù)字隔離器。無(wú)論哪種方式，這些屏障中的每一個(gè)都可以承受與兩個(gè)基本隔離屏障相同的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。在同一塊PCB上使用兩個(gè)隔離柵會(huì)占用大量空間，這反過(guò)來(lái)又增加了PCB的成本。通過(guò)使用增強(qiáng)型數(shù)字隔離器，許多客戶(hù)更喜歡在PCB上僅使用一個(gè)隔離柵。

Bonnie Baker從事模擬和數(shù)字設(shè)計(jì)與系統(tǒng)已有30多年的歷史，并以Maxim Integrated的名義撰寫(xiě)此博客。

編輯：hfy