电路隔离必须知道的十五个基础问答

隔离

 

什么是隔离?为什么需要隔离?

隔离是一种防止电流在两个通信点之间流动的手段。一般在两种情况下需使用隔离:第一种是可能会出现导致设备受损或人员伤害的浪涌电流;第二种是互连涉及到不同的地电位,需要避免接地环路中断。无论何种情况,隔离的作用都是防止电流在两点之间流动,但允许数据或功率流动。

使用隔离的常见应用有哪些?

隔离通常用于涉及到高压、高速/高精度通信或长距离通信的应用。常见的应用包括:

 

  • 工业I/O系统
  • 接口
  • 电源/调节系统
  • 电机控制/驱动系统
  • 仪器仪表

 

这些应用可以出现在众多市场领域,包括:

 

  • 医疗设备
  • 通信网络
  • 等离子显示面板
  • 混合动力汽车



隔离特性是如何规定的?

隔离器的隔离特性可以通过多种方式来规定,包括:

 

  • 隔离额定值
  • 工作电压(或额定电源电压)
  • 瞬变抗扰度(共模抑制)

 

成功绝隔离器缘隔离栅的一端,使其免受另一端高压影响的能力,一般用隔离器的隔离额定值及其最大工作电压(或额定电源电压)来描述。此外,存在共模瞬变的情况下,隔离器继续将信号正确传送到隔离栅另一端的能力,一般用其瞬变抗扰度(或共模抑制)来描述。下面将逐一说明这三个参数。

什么是隔离额定值?

隔离器的隔离额定值(也称为测试电压)衡量它耐受短时间共模电压差的能力。该参数通常用60 Hz RMS值来规定,表示能够安全施加于器件输入端与输出端之间并持续1分钟的电压有多大。隔离器件的常见隔离额定值是2.5KVRMS。有些器件也提供3.75KVRMS或更高的额定值。隔离额定值不是描述能够将多大的电压长期连续安全地施加于器件,这需要用“工作电压”或“额定电源电压”来描述。



什么是工作电压和额定电源电压?

工作电压或额定电源电压表示器件能够长期连续承受的最大稳态电压。典型值为100 - 600VRMS。

 

工作电压与隔离额定值之间有何关系?

给定工作电压与所需测试电压之间的关系比较复杂,与应用、共模电压瞬变的幅度(设施类别)、环境清洁度(污染程度)和所需的绝缘类型(绝缘水平)有关。依据IEC 1010-1(测量与控制设备国际标准)举例说明:对于一个设施类别为II、污染程度为2、基本绝缘、工作电压为300 VRMS的测量与控制应用,其要求的测试电压为1.35KVRMS。这意味着,适合该应用的隔离器件必须支持至少300 VRMS的稳态共模电压差和至少1.35KVRMS的瞬变共模电压差。工作电压与隔离额定值之间的关系由目标终端设备适用的特定安全标准来规定。

基本绝缘与双倍(或强化)绝缘之间有何区别? 

一般而言,可以通过适当的间隙(与带电部件的物理间隔)或两种绝缘水平之一来提供防电击保护。这两种绝缘水平就是基本绝缘和双  倍(或强化)绝缘。所需的绝缘水平由相关的电压水平以及是否存在从可接触部件到大地的连接来确定。与提供基本绝缘的隔离器相比,  提供双倍或强化绝缘的隔离器对其测试电压及其输入到输出间隔的要求一般更高。所需的绝缘水平由目标终端设备适用的特定安全标准  来规定。     

什么是瞬变抗扰度和共模抑制? 

隔离器的瞬变抗扰度表示器件在维持正确信号传输的同时,能够承受多快的输入输出间共模瞬变。许多隔离器对该参数不作规定,但有  些隔离器的额定值为5 - 25 KV/μs。所有iCoupler产品的瞬变抗扰度规格至少为25 KV/μs。     

考虑隔离器件时还有哪些其它重要参数?  

理想的隔离器功耗为0,不会产生信号误差,并且支持任何类型的输入信号。因此,隔离器的重要性能指标包括:     

  • 所需的电源电流、输入信号电流或输入驱动电流
  • 器件的传播延迟
  • 脉冲宽度失真:信号的输出脉冲宽度偏离输入脉冲宽度的程度
  • 数据速率:器件能够支持的最大信号数据速率
  • 电源和信号电压范围:器件能够支持的电压范围
  • 工作温度:器件能够支持的温度范围

对于特定用户,上述指标中哪些指标重要取决于具体应用。在特定应用中,常常是某些参数比较重要,其它参数相对不重要。     

其它重要特性包括:隔离器的上电/关断特性,存在输入噪声时的性能,及其存在直流输入或失电后的性能。无论何种情况,隔离器的  输出都应当妥善地反映正确的输入状态。

Parents
    •  Analog Employees 
    on Sep 18, 2014 7:48 AM

    传统隔离技术

    有哪些类型的技术能够提供隔离?

    有三种常见的隔离技术:

     

    • 光隔离
    • 变压器隔离
    • 电容隔离

     

    就成本、性能、可靠性、尺寸、特性和功能而言,各种技术都有其优缺点。一直以来,光耦合器和变压器技术最常用。

     


    什么是光耦合器?什么是光隔离?

    光耦合器是光隔离的一种形式,它利用光将信息传输到隔离栅的另一端。通常由发光二极管(LED)将信息传输到光敏接收器(如晶体管)。光隔离的主要优势是应用广泛,对于慢速数字信号传输是公认的低成本隔离解决方案;高速、数字光耦合器则往往较为昂贵。光耦合器隔离法一般用于信号的直流状态很重要的场合。随着时间的推移,LED可能会损耗,因此光隔离通常需要补偿和频带防护,以保证在整个寿命期间正常工作。

     


    什么是变压器隔离?

    变压器隔离利用变压器线圈将信息传输到隔离栅的另一端。隔离栅一端的变压器绕组中的电流发生变化时,会在另一端的变压器绕组中感生相应的电流变化。变压器隔离法一般用于涉及交流信号(例如以太网)、非常适合进行变压器耦合的应用场合。变压器隔离在数据速率较高的系统中具有优势,而且它还可以用来提供隔离电源,但与其它解决方案相比,变压器通常非常庞大。



    什么是电容隔离? 

    电容隔离利用电容将数据信号耦合到隔离栅的另一端。这种方法与光耦合器相比具有明显的性能优势,但通常很容易受共模和ESD瞬变影响。



    iCoupler技术   

     

    什么是 iCoupler 技术? 

    iCoupler技术是一种基于变压器的隔离方法,集光耦合器、变压器和半导体技术的优势于一体。它将微变压器集成在半导体芯片上,不  仅能够提供隔离,而且消除了光耦合器中光电转换的缺点,包括功耗过大、较大的时序误差和数据速率受限等。绝缘通过变压器线圈之  间的特殊绝缘层实现,已获得安全机构的认可。在没有输入信号转换时,利用获得专利的“刷新”电路能够将输出更新为正确的输入状  态,从而解决了实现直流正确性这一常见变压器问题。

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    •  Analog Employees 
    on Sep 18, 2014 7:48 AM

    传统隔离技术

    有哪些类型的技术能够提供隔离?

    有三种常见的隔离技术:

     

    • 光隔离
    • 变压器隔离
    • 电容隔离

     

    就成本、性能、可靠性、尺寸、特性和功能而言,各种技术都有其优缺点。一直以来,光耦合器和变压器技术最常用。

     


    什么是光耦合器?什么是光隔离?

    光耦合器是光隔离的一种形式,它利用光将信息传输到隔离栅的另一端。通常由发光二极管(LED)将信息传输到光敏接收器(如晶体管)。光隔离的主要优势是应用广泛,对于慢速数字信号传输是公认的低成本隔离解决方案;高速、数字光耦合器则往往较为昂贵。光耦合器隔离法一般用于信号的直流状态很重要的场合。随着时间的推移,LED可能会损耗,因此光隔离通常需要补偿和频带防护,以保证在整个寿命期间正常工作。

     


    什么是变压器隔离?

    变压器隔离利用变压器线圈将信息传输到隔离栅的另一端。隔离栅一端的变压器绕组中的电流发生变化时,会在另一端的变压器绕组中感生相应的电流变化。变压器隔离法一般用于涉及交流信号(例如以太网)、非常适合进行变压器耦合的应用场合。变压器隔离在数据速率较高的系统中具有优势,而且它还可以用来提供隔离电源,但与其它解决方案相比,变压器通常非常庞大。



    什么是电容隔离? 

    电容隔离利用电容将数据信号耦合到隔离栅的另一端。这种方法与光耦合器相比具有明显的性能优势,但通常很容易受共模和ESD瞬变影响。



    iCoupler技术   

     

    什么是 iCoupler 技术? 

    iCoupler技术是一种基于变压器的隔离方法,集光耦合器、变压器和半导体技术的优势于一体。它将微变压器集成在半导体芯片上,不  仅能够提供隔离,而且消除了光耦合器中光电转换的缺点,包括功耗过大、较大的时序误差和数据速率受限等。绝缘通过变压器线圈之  间的特殊绝缘层实现,已获得安全机构的认可。在没有输入信号转换时,利用获得专利的“刷新”电路能够将输出更新为正确的输入状  态,从而解决了实现直流正确性这一常见变压器问题。

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