这篇文章是TechXchange：探索数字隔离器技术
今天的许多新设计绝对要求两个或多个设备之间，或单个产品或系统的两个关键部分之间的电隔离。如果您以前没有这样做过，那么在继续之前，您可能想要熟悉一下速度。这意味着学习电隔离的基础知识，为什么要使用它，并熟悉实现它的方法。
本文定义了电隔离，解释了它的优点，然后总结了实现它的最常见的方法。它还揭示了一种用特殊的集成电路提供电隔离的新方法。
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了解电隔离
电隔离是设计具有独立电源的设备或系统的过程所以两者不会交换权力或以任何方式互动。这个想法是保持直流电源(和/或交流电源)分开和独立。一个电力系统不应影响另一个。同时，通常需要在两者之间以完全隔离的方式传输监测信号和控制数据。
电力隔离是通过保持两个物理部分很好地分开来实现的。这通常是通过不连接两个系统的接地来实现的。这消除了地面回路，并减少或至少使任何噪声传递最小化。当同时使用高压和低压子系统时，这种物理和地面隔离也有助于保护用户和服务技术人员免受冲击，低压电路免受高压，在某些情况下，还可以防止雷击。
需要电隔离的设备的例子包括工厂工具和设备中的可编程逻辑控制器(plc)、不间断电源(UPS)、电机驱动器、工业机器人、电池充电器、逆变器，偶尔还有dc-dc转换器。汽车应用领域的需求也在不断增长。
实现电隔离
各种各样的方法被用来实现电隔离。也许最古老也是最有效的是变压器。它的工作原理是让它的两个绕组通过主绕组和次级绕组之间的磁场来传输数据、信息和代码。一次绕组和二次绕组之间没有直流电流动。
图1说明需要隔离的系统中使用的基本电源的示例。SN6501-Q1是一个振荡器驱动器，用于开发变压器的开关信号。变压器提供匝数比来产生所需的输出电压和由输入输出之间的纯磁耦合产生的理想隔离。低压电压调节器(LDO)清理整流信号，并设置所需的输出电压。
光耦合器或光隔离器是另一个接近理想的设备，以合理的速度传输数据。电压数据流驱动光隔离器封装内部的LED。光电晶体管捕捉几毫米外的光。晶体管的输出与输入完全隔离。隔离是非常完整的。
最好的隔离技术之一是使用电容器。它们阻断直流，但通过交流，使它们和它们的变体非常高效。其他用于制造电隔离的设备是一些特殊的组件，比如霍尔效应传感器，甚至是机械继电器。
现代电隔离
目前，提供必要的电隔离的最好方法是利用专门为该目的设计的产品。例子包括专用放大器和模数转换器(adc)用于在系统需要时发送隔离的电流和电压检测数据。
差动放大器通过感应电阻监测电压，以提供电流读数。通常在这个应用中需要两个电源(图2,左)．然而，第二次供应会使产品更大、更重、更贵。
德州仪器公司已经开发了一系列单电源放大器和adc来克服这个问题。AMC3301隔离放大器(图2,右)包括一个完全集成的dc-dc变换器，以提供第二电源电压。隔离是由IC内部的电容耦合提供的。AMC3301满足UL 1577认证的高压隔离安全规则，rms最高可达4250 V, DIN VDEV 0884-11最高可达6000 V。
隔离放大器和隔离调制器可提供两种隔离的测控数据。两者都是单电源类型，并且都包含一个内部的delta-sigma ADC (ΔΣ)。
被监控的模拟信号送入芯片，放大后由ADC进行数字化处理。ADC生成通过片上电容隔离屏障的串行位流。该串行位流随后被发送到低通滤波器，该滤波器产生与输入成比例的电压。在这一点上，恢复的直流信号可以在另一个ADC中再次数字化，也许是在通常的系统微控制器中，
一个选项是一个隔离调制器，像TI的AMC1305/06。它将被监控的电流或电压信号放大，然后在一个更快的ΔΣ ADC中将其数字化。ADC将其信号通过内部电容隔离屏障发送到输出。这个信号是一系列表示设备内部电压的位。外部低通滤波器产生比例模拟信号，该信号可以再次数字化以进行数字信号处理。
虽然隔离放大器和调制器都提供了良好的性能，但隔离调制器通常是一个更好的选择。它们具有优越的信噪比性能、更高的精度和更低的延迟。
101年电隔离
为了帮助您了解和理解电隔离，您应该考虑TI泰德- 010065参考设计．参考设计是一个简化的体系结构，用于为测量隔离电压和电流的隔离放大器产生一个隔离电源。机载数字诊断提高了可靠性，提高了系统性能。这是一个很好的自学平台来学习电隔离的复杂性。
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