【導讀】為(wei)什(shen)麼(me)需(xu)要(yao)隔(ge)離(li)？答(da)案(an)是(shi)隔(ge)離(li)與(yu)可(ke)靠(kao)保(bao)護(hu)有(you)關(guan)。電(dian)隔(ge)離(li)是(shi)一(yi)種(zhong)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)技(ji)術(shu)
，允(yun)許(xu)兩(liang)個(ge)電(dian)路(lu)進(jin)行(xing)通(tong)信(xin)，可(ke)消(xiao)除(chu)在(zai)它(ta)們(men)之(zhi)間(jian)流(liu)動(dong)的(de)任(ren)何(he)不(bu)需(xu)要(yao)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)。 各類隔離器是我們在做係統設計時常常會談及的話題，這篇文章將從以下三個方麵展開介紹：

●    為什麼需要隔離
？

●    不同的隔離技術有什麼不同
？

●    有哪些隔離器件選型參數？

為什麼需要隔離？

答案是隔離與可靠保護有關。電隔離是一種電路設計技術
，允許兩個電路進行通信，可消除在它們之間流動的任何不需要的直流電。  

隔離常用於：

●    保護操作人員和低壓電路免受高電壓影響。

●    防止通信子係統之間的地電位差。

●    改善抗噪性能。

圖1  隔離跨電介質隔離層阻止不需要的直流電和交流電

不同的隔離技術有什麼不同？

絕緣技術三個要素是：絕緣材料、結(jie)構(gou)和(he)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)方(fang)法(fa)。設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)之(zhi)所(suo)以(yi)引(yin)入(ru)隔(ge)離(li)，是(shi)為(wei)了(le)滿(man)足(zu)安(an)全(quan)法(fa)規(gui)或(huo)者(zhe)降(jiang)低(di)接(jie)地(di)環(huan)路(lu)的(de)噪(zao)聲(sheng)等(deng)。電(dian)流(liu)隔(ge)離(li)確(que)保(bao)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)不(bu)是(shi)通(tong)過(guo)電(dian)氣(qi)連(lian)接(jie)或(huo)泄(xie)漏(lou)路(lu)徑(jing)，從(cong)而(er)避(bi)免(mian)安(an)全(quan)風(feng)險(xian)。然(ran)而(er)
，隔(ge)離(li)會(hui)帶(dai)來(lai)延(yan)遲(chi)、功耗、成本和尺寸等方麵的限製。數字隔離器的目標是在盡可能減小不利影響的同時滿足安全要求。

我們先看看絕緣材料的影響：

表1 常見絕緣材料

此表列舉了常見的絕緣材料和對應的隔離能力（Vrms/um）。光耦器件對材料透光性的要求
，使得多選用空氣（Air）和環氧樹脂（epoxies）作為隔離材料。聚酰亞胺（polymide）多為磁隔產品選用。而容隔器件則選用絕緣強度最優的二氧化矽（SiO2）材料。

隔離材料的選用會影響到器件的體積
，如下是實拍對比圖
，對比了TI的容隔產品ISO係列和市麵上常見的光耦隔離器件
，可以看到容隔器件有明顯的體積優勢。

同時，相較於聚酰亞胺（polymide）,二氧化矽（ SiO2）的可靠性不會因為在潮濕環境工作而受到影響。

我們再從電路結構來看
，三種隔離方式的電路結構如下圖：

圖3.1 光耦器件電路

圖3.2 磁隔器件電路

圖3.3 容隔器件電路

我們可以看到，數字隔離器使用變壓器或電容將數據以磁性方式或容性方式耦合到隔離柵的另一端，光耦合器則是使用LED發出的光。這使得光耦方案的靜態電流，數據傳輸延遲
，CMTIdengxingnengdouhuijiaocha。cigeshitongguobianyaqidianliumaichongtongguoyigexianquan，xingchengyigehenxiaodejubucichang
，congerzailingyigexianquanshengchengganyingdianliu。dianciganyingdeyuanlishidecigechanpinzaibujiadediancigongzuohuanjingzhongchuxianzaoshengganraodekenengxinggengda。erronggechanpinshiliyongdidianliudianchangjiangshujuouhedaogelizhadelingyiduan，kangganraoxinggengqiang。

最後我們看看數據傳輸方式帶來的影響。光耦合器使用LED發出的光將數據傳輸到隔離柵的另一端：LED點亮時表示邏輯高電平，熄滅時表示邏輯低電平。當LED點亮時，光耦合器需要消耗電能；對於關注功耗的應用

，光耦合器不是一個好的選擇。

磁ci隔ge產chan品pin常chang用yong的de數shu據ju傳chuan輸shu方fang式shi
，是shi將jiang上shang升sheng沿yan和he下xia降jiang沿yan編bian碼ma為wei雙shuang脈mai衝chong或huo單dan脈mai衝chong，以yi驅qu動dong變bian壓ya器qi。這zhe些xie脈mai衝chong在zai副fu邊bian解jie碼ma為wei上shang升sheng沿yan或huo下xia降jiang沿yan。這zhe種zhong方fang法fa的de功gong耗hao比bi光guang耦ou合he器qi低di10倍到100倍
，因為不像光耦合器，無需連續提供電源給器件。這也解釋了為什麼磁隔產品的功耗和數據速率成線性關係。

TI的容隔產品多采用on-off keying(OOK)調tiao製zhi方fang式shi，發fa送song器qi發fa送song一yi個ge高gao頻pin信xin號hao代dai表biao一yi種zhong數shu字zi狀zhuang態tai，不bu發fa送song信xin號hao代dai表biao另ling一yi種zhong數shu字zi狀zhuang態tai。經jing過guo信xin號hao調tiao理li後hou通tong過guo緩huan衝chong器qi發fa出chu。容rong隔ge器qi件jian的de功gong耗hao基ji本ben不bu隨sui傳chuan輸shu數shu據ju速su率lv的de變bian化hua而er改gai變bian。

圖4 容隔器件的概念框圖

圖5 ON-OFF keying(OOK)調製

有哪些隔離選型參數？

這裏列舉了大家常在數據手冊中看到的參數，做了解釋。更詳細的參數含義可以參考這個鏈接：http://www.ti.com/lit/pdf/slyy063

表2隔離器件選型常見參數

這裏不一一展開，我們來重點看一下creepage，clearance和DIT(Distance Through Insulation）這三個容易混淆的距離參數的含義。如下圖所示，clearance是兩側引腳通過空氣的最短距離，creepage是兩側引腳通過隔離材料表麵的最短距離，DTI是通過導電體之間的隔離填充材料的最短距離。可以說
，DIT指的是內部距離
，creepage和clearance指的是外部距離。

圖6 clearance, creepage, DTI示意圖（依次）

需xu要yao提ti醒xing的de是shi，數shu據ju手shou冊ce的de爬pa電dian距ju離li參can數shu的de對dui象xiang芯xin片pian，如ru果guo係xi統tong中zhong有you更geng短duan通tong路lu
，那na麼me這zhe個ge更geng短duan距ju離li才cai是shi這zhe個ge電dian路lu的de隔ge離li爬pa電dian距ju離li。這zhe裏li舉ju個ge例li子zi，下xia圖tu將jiang兩liang顆ke超chao寬kuan封feng裝zhuangISO7841DWW（creepage是14mm）串聯工作，是否可以理解成該電路的爬電距離是28mm呢？答案是不可以。這是因為電路中除了數據傳輸通路還存在一個通路
，即隔離電源電路。VCC1 和Viso2之間的爬電距離可能比D1和Diso2之間的爬電距離更短
，而更短的距離值決定了電路的爬電距離值。

圖7 爬電距離電路示例

小結：

這篇文章從三個常見問題入手：

1. 隔離器件的用途，討論了隔離與可靠保護有關。

2. 主流隔離技術包括光隔、磁隔
、容隔的不同點和背後的原因， 重點從絕緣材料、結構和數據傳輸方法進行闡述和對比。

3. 隔離器件選型的主要參數、含義和注意事項
，重點討論了爬電距離的含義。

TI數字隔離器明星產品選型：

TI的數字隔離器產品采用的是容隔技術，性價比高
，產品種類齊全
，可以涵蓋對隔離等級、通道需求和爬電距離的諸多需求。

這裏列舉ISO77xx和ISO78xx係列選型表方便參考：

圖8 TI的ISO77xx和ISO78xx選型對照表

來源：TI
，作者：Tan, Yuan

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