隔离

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<strong>作者：高级应用工程师Xiaoqi Zhou </strong>

iCoupler®数字隔离器广泛用于跨越隔离栅传输数字信号。某些情况下，数字隔离器在非隔离应用中也非常有用。

<strong>–48 V DC-DC电源</strong>

在通信电源应用中，标准电轨为–48 V直流，且原边控制信号以该电轨为参考。副边控制信号通常是以地为参考的低电压I/O(例如，+5 V、+3.3 V CMOS)。原边地和副边地相连，整个系统为非隔离式。这类DC-DC电源应用中，数字隔离器适合为反馈信号提供电平转换功能。如图1所示，副边的高电平输入电压为5 V，低电平电压为0 V；原边的高电平电压为–43 V，低电平为–48 V。数字隔离器的原边地连接–48 V电轨，且VDD电源连接–43 V。由于存在内置隔离栅，隔离器的每一边都在独立的电压域内工作，提供了电平转换的功能。使用iCoupler数字隔离器还可保护副边电路不受故障影响，如过压或短路。

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<strong>产品详情</strong>

EVAL-ADuM144x-EBZ支持ADuM144x系列超低功耗、四通道隔离器。 它提供JEDEC标准QSOP16焊盘布局，支持信号分配、回送、旁路电容和以VDDX或GNDX为参考的负载。 信号源可连接至电路板，也可通过边缘安装SMA连接器（不提供）或端子板连接电路板，实现电源连接。 电路板集成200密耳接头位置，可兼容Tektronix有源探头。

该板遵循PCB的4层板最佳设计实践，隔离栅两侧分别集成全电源和接地层。 该板没有其他抗电磁辐射或削减噪声的设计实践。

<strong>文档</strong>

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Analog Devices, Inc. (ADI)，今日宣布推出业界唯一经过认证的本质安全(IS)数字隔离器，该产品基于IEC 60079-11:2011标准。这些4通道ADuM144x系列数字隔离器采用iCoupler®技术，非常适合危险区域内使用的电气设备设计。与传统的光耦合器相比，ADI公司的IS-IS认证数字隔离器减少了所需的印刷电路板空间，从而简化了设计。

由于它不再需要多个二极管和电阻器，因此还可减少器件数量，降低了设计复杂度。与其他保护方法相比，这些IS-IS数字隔离器还提供更高的数据速率，可更高效的运行，并且降低安装成本。此外，这些创新的数字隔离器具有超低功耗，限制了在危险区域中进行隔离所需的电能。ADI公司的ADuM144x四通道数字隔离器件采用小型16引脚QSOP(2.5kV)封装和20引脚SSOP(3.75kV)封装。

Honeywell SmartLine的高级首席系统工程师Mark Muldowney表示：“ADI公司了解我们产品的工作环境，并不断吸收集成电路设计领域外的专业知识，例如电气设备在危险区域内安全工作所需的本质安全和电气隔离。ADI公司的本质安全认证iCoupler®数字隔离器提供了一种安全、经济高效、稳定、易于安装的IS-IS保护方法。”

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本参考电路是一款高度集成的16位、250 kSPS、8通道数据采集系统，可对±10 V工业级信号进行数字化转换。 它可在测量电路与主机控制器之间提供2500 V rms的隔离性能。

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ADuM520x和ADuM540x系列是基于ADI专有iCoupler技术的第二代isoPower产品。

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<strong>Van Yang, Songtao Mu, 和 Derrick Hartmann</strong>

<strong>简介</strong>

在高端工厂自动化应用中（如油气厂和电厂），常会要求多路采 集通道与通道之间进行隔离，其中高耐压、小尺寸、低EMI、高可 靠性和低成本等要求在通道间隔离设计中别具挑战性。通常目前 现有成熟方案，标准模块实现的通道密度往往仅限于四个通道或 八个通道，通道间隔离只能承受数百伏特耐压。

本文将简要讨论在过程控制中模拟量输入模块中的隔离问题以及 其传统解决方法，然后将提出一种替代性的高密度、易于设计的 通道间隔离模拟输入模块的完整解决方案。测试结果表明，这个 16通道、2.5 kV rms通道间隔离演示模块可以轻松通过EN55022 Class B 和Class A的IEC辐射标准。

<strong>过程控制模拟量输入模块中的隔离</strong>

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<strong>模拟隔离技术</strong>

在许多应用中，传感器与接收数据的系统之间最好不要有直接的(“电流”)电气连接，这点有时甚至非常重要。这样可能是为了防止系统一半产生的危险电压或电流给另一半造成损坏的可能，或者是为了断开难以处理的接地环路。这即是所谓的“隔离”系统，而无电流连接却允许信号通过的布局则称为隔离栅。

隔离栅的保护是双向的，可能是其中一个方向需要保护，甚至可能两个方向都需要保护。一种明显的应用是，传感器可能意外遇到高电压，必须对其驱动的系统进行保护。或者，传感器可能需要与后级产生的意外高电压隔离开来，以保护其工作环境：例如防止传感器火花引起爆炸性气体点火，以及保护正在接受ECG、EEG或EMG监护的病人免受电击危害。ECG的情况比较有意思，因为可能需要进行双向保护：对病人必须采取保护防止意外电击；但是，如果病人的心脏停止跳动，则在利用除颤器尝试恢复心脏跳动时，必须保护ECG机，使其免受施加给病人的极高电压(>7.5 kV)影响。下面的图1总结了(模拟和数字)隔离放大器的各种应用。

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需要隔离数据的设计往往也需要隔离电源。iCoupler数字隔离器技术不仅能取代光耦合器，起到隔离数据的作用，同时也能用来在单个封装中创建隔离式DC-DC转换器，我们称之为isoPower。

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<strong>作者：Baoxing Chen</strong>

鲁棒且精确的测量与控制对工业仪器仪表和过程控制应用十分重要。为了防止接地环路影响测量精度，以及避免瞬变电压永久性损坏仪表，诸如RTD或热电偶之类的各种工业传感器一般都需要输入隔离。除了很小的目标差分信号以外，这些传感器还可能承载显著的共模电位或较大的电压瞬变，前者会降低数据采集精度，后者则可能带来安全风险。

类似地，为了安全且精确地操作液压执行器、电磁阀或电机启动器等执行器，需要隔离式模拟输出。除了要将模拟输入和输出与系统地隔离以外，输入之间和输出之间也需要隔离，以便处理不同传感器和执行器的不同共模电位，防止互相干扰。数字隔离器通过取代体积较大且不精确的传统模拟隔离器和光耦合器，已经成功提高了模拟系统性能，并且缩小了系统尺寸。置于检测节点的高分辨率ADC将精密模拟检测信号转换为数字流，然后利用高集成度多通道数字隔离器，通过隔离栅传输至系统微控制器。同样，来自系统微处理器的数字命令也是利用数字隔离器通过隔离栅传输，然后利用高分辨率DAC转换为精确的模拟电流或电压控制信号。数字隔离器消除了模拟隔离器或传统光耦合器相关的信号失真和降级，但是，DAC与控制器件的接口或ADC与传感器的接口需要隔离电源才能工作。

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<strong>简介</strong>

传统上，光耦合器用于隔离多种电气设备中潜在的危险电压。如今，基于变压器或容性耦合技术的现代数字隔离器得到了广泛应用。基于变压器的数字隔离器拥有诸多优势，比如高性能、集成功能、低功耗、出色的长期可靠性以及更高的易用性等。

需要隔离的原因有多种。通过隔离，在使用不同的接地基准电压或电源电压时，功能电路可以正常工作。在系统长期工作期间，必须保护设备操作员或病人，使其免受电击或危险电流的伤害。必须防止敏感和/或昂贵的系统因电涌而损坏——比如雷击。

随着时间的推移，各种国家标准和国际标准不断涌现，目的都是为隔离器或采用隔离技术的电气系统提供统一的规范和测试。安全认证可以在元件和最终系统两个层面实现，即使以相同的基本安全标准为参照，认证要求也可能因地区而异。符合全面安全标准规范的隔离器为设备供应商提供了最大的灵活性，使其可以轻松满足这些不同的要求。

电气系统需要电流隔离的原因多种多样。最明显也是最重要的原因是，保护操作人员，使其免受致命性电击的影响。电击危险可能来自设备使用的市电，也可能来自外壳中产生的高电压。保护人员免受致命电击的伤害需要加强绝缘额定值。