德州仪器：利用可靠且性价比高的隔离技术来应对高电压设计挑战白皮书（2022）（12页）.pdf

1、善用可靠且性价比高的隔离技术来应对高电压设计挑战Krunal ManiarProduct Marketing EngineerData ConvertersTexas InstrumentsSteven MappusSystems Applications EngineerHigh-Voltage ControllersTexas InstrumentsTim MerkinSenior Member Technical StaffKilby LabsTexas InstrumentsAlex TrianoProduct Marketing and Applications ManagerSol

2、id-State RelaysTexas InstrumentsLuke TrowbridgeProduct Marketing EngineerIsolationTexas Instruments工厂自动化、电机驱动、电网基础设施和电动汽车(EV)中存在的高电压可达几百伏，甚至高达数千伏。电隔离有助于应对在存在如此高电压的情况下设计安全人机界面的挑战。内容概览本文将概述电隔离，解释高压系统的常用隔离方法，并展示德州仪器(TI)隔离集成电路(IC)如何帮助设计人员可靠地满足隔离需求，同时缩小解决方案尺寸并降低成本。1什么是电隔离？电隔离引入了电气隔板，可阻止电流在系统的两个或多个器件之间流动。

3、隔离信号和电源可保护人员和设备，并遵守行业和国际标准。2高电压电隔离问题和方法了解构建隔离栅时的主要考虑因素，例如额定电压、间距尺寸、共模瞬态抗扰度(CMTI)和电磁干扰(EMI)。3可靠地满足隔离需求，同时缩小解决方案尺寸并降低成本 得益于 TI 在电容和磁隔离、封装开发和工艺技术方面的进步，可以跨工业和汽车系统（例如电动汽车(EV)、电网基础设施、工厂自动化和电机驱动器）的隔离栅安全可靠地提供电源和传输高速信号。在任何高压电源系统中，首要考虑事项是保护维护人员和终端设备用户。电隔离可以将高电压与其他低电压人机界面段隔离开来，从而同时满足这个优先事项。第二个优先事项是确定高电压和低电压电路之

4、间可实现安全可靠的运行，例如电压和电流检测、电源控制、数字通信和信号处理等。可靠的隔离技术、材料和 IC 使设计人员能够满足这一优先级。什么是电隔离？电隔离分隔电气系统，从而防止两个器件之间产生直流电流和有害的交流电流，同时仍允许信号和电源传输。图 1 展示了两个电隔离电路。图 1.低到高电压电信号隔离。当 GND1 从 GND2 断开时，I1 与 I2 实现电隔离。由于 GND1 和 GND2 之间没有共性，因此没有通过隔离栅共享共同的直流接地电流。除了在不导通的情况下隔离共享的接地连接和信号通信，由于 GND2 可转移到相对于 GND1 的另一个浮动电势，因此还可以使用电隔离进行电压电平转

5、换。由于更多的双向信号信息通过隔离栅进行通信，因此高电压系统需要更多的隔离。图 2 展示了以下示例：电源、高速栅极驱动器信号和数字通信信号都必须穿过隔离栅。许多模拟和数字电路都有特定的偏置电压要求，数字信号和电源都必须穿过隔离栅。在同一系统中，隔离式高分辨率模数转换器(ADC)可能需要 3.3V，而隔离式栅极驱动器可善用可靠且性价比高的隔离技术来应对高电压设计挑战2June 2022能需要+15V 和 5V。这些要求不仅让信号穿过隔离栅，还要穿过电源。PowersupplyIsolated biassupplyPower stageIsolated driverDigitalprocessin

6、gWiredinterfaceSystem-on-chipSignalisolationDiagnosticsandmonitoringPower stageLow-voltagecircuitsIsolation barrierHigh-voltagecircuitsGND1GND2图 2.穿过隔离栅传输的信号类型。如需详细了解电隔离，请观看什么是电隔离？视频。高电压电隔离问题在系统中构建可靠的隔离栅时，需要考虑很多因素，包括隔离额定值、爬电距离和电气间隙、CMTI 和 EMI。功能、基本和增强型隔离指的是分配给电气系统的绝缘额定级别，如表 1 中所列。绝缘体额定级别说明功能模式设备正常运行