隔離技術(shù)對高壓電氣系統(tǒng)的重要性

隨著新能源汽車技術(shù)的蓬勃發(fā)展，以及新能源技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用，市場對于高壓信號隔離器的需求出現(xiàn)了爆發(fā)式增長。

眾所周知，兩個電路之間要進(jìn)行電信號的交互，就必須在它們之間產(chǎn)生信號電流的流動并建立電氣連接。但是，在很多情況下，兩個電路之間的電氣連接是非常有害，甚至是非常危險的。因此，要保證系統(tǒng)穩(wěn)健可靠的運(yùn)行，就必須切斷信號通道上的電流環(huán)路。這也就是隔離技術(shù)所要解決的問題。

本次訪談受得捷電子的邀請，TI 全球技術(shù)專家組成員 John 為我們深入講解了各種隔離方式的優(yōu)缺點，工程師在設(shè)計時需要注意的事項，以及 TI 相關(guān)的隔離技術(shù)和產(chǎn)品。其中，他重點介紹了 TI 推出的 AMC23C12 新型具有可調(diào)閾值和鎖存功能的快速響應(yīng)增強(qiáng)型隔離式窗口比較器。

為什么要進(jìn)行電氣隔離?

高壓信號電氣隔離應(yīng)用場景：在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，當(dāng)兩臺設(shè)備所處電位有差異，尤其是當(dāng)目標(biāo)設(shè)備附近有大功率設(shè)備在工作時，設(shè)備之間的地電位通常會有數(shù)十伏的差異。這種情況下，如果將兩臺設(shè)備直接相連，就會產(chǎn)生很大的地環(huán)路電流。這種地環(huán)路電流往往會遠(yuǎn)超信號電流，輕則使通信無法進(jìn)行，重則會燒毀電路。這種情況下就需要對通信線路進(jìn)行電氣隔離，以切斷上述地環(huán)路電流。

在電機(jī)控制應(yīng)用，系統(tǒng)需要操控一個高壓大功率電機(jī)的運(yùn)行，同時操作人員又需要通過人機(jī)接口和電機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系。這種情況下，如果控制系統(tǒng)沒有和高壓功率電路進(jìn)行可靠的隔離，高電壓就會順著控制信號線進(jìn)入控制系統(tǒng)，并對操作人員造成電擊，危及操作人員的生命安全。

如果我們的系統(tǒng)需要采集一個來自于設(shè)備外部的小信號，由于環(huán)境中充滿著復(fù)雜的電磁干擾，信號線往往會感應(yīng)到大量的電磁干擾。這種干擾有時甚至?xí)h(yuǎn)大于我們需要采集的信號，如果不對干擾加以適當(dāng)隔離，干擾往往會將有用信號淹沒掉。

TI 隔離技術(shù)和產(chǎn)品的優(yōu)勢

TI 的電容隔離器使用 SiO2(二氧化硅)電介質(zhì)，該電介質(zhì)與其他絕緣材料相比具有最高的電介質(zhì)強(qiáng)度在(如下圖所示)。除了具有最高的電介質(zhì)強(qiáng)度外，SiO2 還是一種無機(jī)材料，因此在不同濕度和溫度下都非常穩(wěn)定。

TI 專有的多層電容器和多層鈍化方法降低了高電壓性能對任何單層的依賴性，從而提高了隔離器的質(zhì)量和可靠性。此技術(shù)支持的工作電壓 (VIOWM) 為 2kVRMS，可承受的隔離電壓 (VISO) 為 7.5kVRMS，并且具有承受 12.8kVPK浪涌電壓的能力。TI 的集成式變壓器技術(shù)支持高密度隔離式直流/直流電源轉(zhuǎn)換，同時可降低 EMI。

AMC23C12 產(chǎn)品介紹

下圖為 TI 推出的 AMC23C12，一款新型具有可調(diào)閾值和鎖存功能的快速響應(yīng)增強(qiáng)型隔離式窗口比較器。

功能框圖

SOIC (DWV) 封裝 5.85mm x 11.5mm

AMC23C12 產(chǎn)品優(yōu)勢：

通過集成一個寬輸入范圍低壓降穩(wěn)壓器、一個窗口比較器和一個精密電壓基準(zhǔn)，將解決方案尺寸縮小 50%。

在最壞情況下跳變閾值精度低于 3%，有助于工程師減少設(shè)計裕度，支持更小尺寸的無源器件。

小于 400ns 的響應(yīng)時間，提供超快過流和過壓檢測，從而更好地保護(hù)系統(tǒng)。

通過單個外部電阻器實現(xiàn)可調(diào)跳變閾值，可促進(jìn)不同設(shè)計重復(fù)使用。

AMC23C12 應(yīng)用示例

審核編輯：湯梓紅