電氣系統(tǒng)中，如何選擇一款最為適配的數(shù)字隔離芯片？

數(shù)字隔離芯片是一種實(shí)現(xiàn)電氣隔離功能的集成電路，在工業(yè)自動(dòng)化、汽車電子、光伏儲(chǔ)能與電力通信等領(lǐng)域的電氣系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。其不僅可令高、低壓系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，提高低壓系統(tǒng)的抗干擾能力，同時(shí)還可確保高、低壓系統(tǒng)之間的安全交互，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作，并避免操作者遭受來自高壓系統(tǒng)的電擊傷害。

典型數(shù)字隔離芯片的簡化原理圖

值得一提的是，數(shù)字隔離芯片歷經(jīng)多年發(fā)展，其應(yīng)用范圍已十分廣泛，凡涉及到在高、低壓系統(tǒng)之間進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)膱鼍爸谢径夹枰獞?yīng)用到此種芯片。那么，電氣工程師在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)到底該如何評估選擇一款最為適配的數(shù)字隔離芯片呢？

如何選擇一款最為合適的數(shù)字隔離芯片？

數(shù)字隔離芯片是一種安規(guī)器件，是各種電氣系統(tǒng)中不可或缺的一份安全保障，其主要作用是通過電氣隔離的方式消除高、低壓系統(tǒng)之間的干擾因素，以保證電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。電氣工程師們在選擇數(shù)字隔離芯片時(shí)，應(yīng)著重考慮以下幾個(gè)方面：

· 隔離電壓

隔離電壓是評估數(shù)字隔離芯片隔離能力的重要指標(biāo)，指數(shù)字隔離芯片兩端所能夠承受的最大電壓差。在各類電氣系統(tǒng)中，由于存在高低電位差，因此需要選擇具有足夠隔離能力的數(shù)字隔離芯片，以確保人身安全和設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

在選擇隔離電壓時(shí)，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用場景的電壓等級(jí)和隔離要求進(jìn)行選擇。不論是3.75kV、5kV、7kV，亦或是更高的隔離電壓，它們都代表著此款數(shù)字隔離芯片至少可在該隔離電壓下堅(jiān)持60秒不被擊穿。

· 數(shù)據(jù)速率

數(shù)據(jù)速率是衡量信號(hào)傳輸速度快慢的重要指標(biāo)。在各類電氣系統(tǒng)中，UART、IIC與RS-485等不同通信標(biāo)準(zhǔn)和接口對于數(shù)據(jù)傳輸率要求不同，數(shù)據(jù)速率的選擇需根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景的需求進(jìn)行。

對于要求信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸且準(zhǔn)確性高的應(yīng)用，如電網(wǎng)監(jiān)控、電動(dòng)汽車控制等，通常需選擇具有較高數(shù)據(jù)速率的數(shù)字隔離芯片以確保信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸。而一些對信號(hào)傳輸速度要求相對較低的應(yīng)用，如智能家居、傳感器網(wǎng)絡(luò)等，則可選擇數(shù)據(jù)速率適中的數(shù)字隔離器以降低系統(tǒng)成本。

· 浪涌電壓ESD

浪涌電壓是評估數(shù)字隔離芯片在惡劣環(huán)境下能否穩(wěn)定工作的參數(shù)。在各類電氣系統(tǒng)中，由于存在電網(wǎng)波動(dòng)、瞬態(tài)干擾等復(fù)雜因素，且數(shù)字隔離芯片通常是處于高低壓的接口處，因此需要選擇具有較高浪涌電壓耐受能力的數(shù)字隔離芯片，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

ESD額定值

在選擇浪涌電壓時(shí)，需根據(jù)應(yīng)用場景的電壓等級(jí)和穩(wěn)定性能要求進(jìn)行選擇。對于高電壓、大電流的應(yīng)用場景，需選擇能夠承受相應(yīng)浪涌電壓的數(shù)字隔離器，反之亦然。

· 共模瞬態(tài)抑制能力CMTI

CMTI是衡量數(shù)字隔離芯片抗瞬態(tài)干擾能力的重要參數(shù)，即其在系統(tǒng)應(yīng)用中的魯棒性表現(xiàn)。在各類電氣系統(tǒng)中，由于存在復(fù)雜的電磁環(huán)境和干擾信號(hào)，因此需要選擇具有較高CMTI值的數(shù)字隔離芯片，以提高信號(hào)的抗干擾能力。

瞬態(tài)共模抑制能力測試電路

在選擇CMTI時(shí)，需根據(jù)應(yīng)用場景的干擾情況和穩(wěn)定性要求進(jìn)行選擇。例如，對于應(yīng)用在電機(jī)驅(qū)動(dòng)與逆變器等存在較強(qiáng)共模干擾的應(yīng)用場景中，需選擇較高的CMTI額定值，保護(hù)系統(tǒng)安全，反之亦然。

· 封裝類型

在確定上述指標(biāo)需求后，下一步則需要考慮不同的封裝選擇。由于封裝類型往往影響著芯片的尺寸，因此其與爬電距離和電氣間隙等安規(guī)需求掛鉤。通常，具有較大爬電距離和電氣間隙的較大封裝將允許使用更高的隔離電壓規(guī)格。

在進(jìn)行封裝類型的選擇時(shí)，對于高頻、高電壓等應(yīng)用領(lǐng)域，需選擇爬電距離與電氣間隙較大的封裝類型，以確保芯片的穩(wěn)定性和可靠性，反之亦然。

· 通道配置

在確定完封裝需求后，應(yīng)根據(jù)具體需求決定信號(hào)需要多少個(gè)隔離通道以及每個(gè)信號(hào)的發(fā)送方向來完成通道數(shù)量及其方向的配置。例如，四個(gè)正向通道的四通道數(shù)字隔離芯片適用于隔離式柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳輸；三個(gè)正向通道與一個(gè)反向通道的四通道數(shù)字隔離芯片通常需要用于SPI通信。

最終，再綜合考慮具體應(yīng)用場景中的工作溫度、工作電壓等因素，并設(shè)定默認(rèn)輸出狀態(tài)后（或故障安全狀態(tài)），電氣工程師即可在芯片廠家所提供的數(shù)字隔離芯片選型表中選擇出一款最為適配的數(shù)字隔離芯片。

HOPERF數(shù)字隔離芯片選型表（部分）

例如，上表為華普微自主研發(fā)的數(shù)字隔離芯片選型表（部分），其具備著卓越的電氣隔離效果，可廣泛適用于各類高安全性需求的電氣系統(tǒng)，并能夠提供靈活的定制化服務(wù)，滿足各行業(yè)客戶的個(gè)性化需求。電氣工程師們可根據(jù)選型表中所提供的隔離電壓、傳輸速率、浪涌電壓、CMTI、封裝類型、通道配置與默認(rèn)輸出等具體參數(shù)進(jìn)行綜合評估后做出最佳選擇。

審核編輯 黃宇