隔离

<strong>作者：Eric Gaalaas，ADI公司</strong>

<strong>简介</strong>

通用串行总线(USB)是个人计算机(PC)通过电缆与外设实现通信的常用方法。某些应用中，需要隔离USB通信以满足安全要求，或中断接地环路。遗憾的是，隔离任务不易完成，因为USB电缆上有双向数据流。本文将讨论这个问题，并探讨实现易于使用的隔离式USB方案面临的其他挑战，最后对解决方案进行比较。一个理想的“透明”解决方案能将隔离对系统的影响降至最低，目前我们就可以提供这种解决方案。本文讨论的内容针对USB 2.0，支持三种数据速率： 1.5 Mbps(低速)、12 Mbps(全速)和480 Mbps(高速)。为简便起见，将详细探讨12 Mbps的情况，但示例中的很多原理同样适用于其他速度。

电动汽车逐渐成为近年来的一个热门话题。这种"绿色"汽车依靠串联电池组来获得足够高的电压，从而有效驱动电机。全电动汽车 (EV) 和混合动力汽车 (HEV) 均采用这种高压 (HV) 电池组。HEV 依靠内燃机 (ICE) 充电，而且在许多情况下，内燃机也会提供动力。 EV 则必须插入电源中充电，有些新型混合动力设计称为"插电式混合动力汽车"(PHEV)，它基本上可视为一种 EV，但配有内燃机以延长行驶里程.

高压电池组已广泛用于许多工业和交通运输业以外的领域，通常可用作：以直流形式储存输电网电能的不间断电源 (UPS)； 48-V 通信设备中的应急直流电源；起重机和电梯系统中的应急电源；以及紧急情况下驱动风力涡轮机的叶片。虽然本文讨 论汽车中电池组的使用，但一些根本问题在所有类型电池组中都会存在。

交通运输应用中的电池组一般含有 100 块甚至更多的电池，可提供数百伏电压。一般公认50 V 或60 V 以上的电压可以致 命，而可能导致电子设备损坏的电压则更低（考虑利用某些类型电化学反应的电池稳定性），因此安全问题至关重要。虽然 这些电池组本身具有危险性，但仍然必须与电池壳内的电池监控电子设备通信。因此，通信方式必须安全可靠。

<strong>作者：Brian Kennedy</strong>

许多应用都采用隔离式半桥栅极驱动器来控制大量功率，从要求高功率密度和效率的隔离式DC-DC电源模块，到高隔离电压和长期可靠性至关重要的太阳能逆变器等等，不一而足。本文将详细阐述这些设计理念，以展现采用小型封装的隔离式半桥栅极驱动器IC在造就高性能方面的卓越能力。

采用光耦合器隔离的基本半桥驱动器(如图1所示)以极性相反的信号来驱动高端和低端N沟道MOSFET(或IGBT)的栅极，由此来控制输出功率。驱动器必须具备低输出阻抗以减少传导损耗，同时还须具有快速开关能力以减少开关损耗。出于精度和效率的考虑，高端和低端驱动器需要具备高度匹配的时序特性，以便减少在半桥的第一个开关关闭，第二个开关开启前的停滞时间。

<strong>RYAN SCHNELL 应用工程师 iCoupler®隔离式栅极驱动器</strong>

1、栅极驱动器

* 栅极驱动器能提供操作较大负载（由功率开关提供）所需的驱动强度
* 标准GPIO引脚驱动功率MOSFET/IGBT会导致上升时间慢，并需要大量功耗
* 隔离式栅极驱动器可提供功能和/或安全隔离栅
* 栅极驱动器还能集成保护功能，使整个系统设计更轻松

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ADuM520x和ADuM540x系列是ADI公司专有的iCoupler技术发布的第二代isoPower产品。

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ADuM6xxx系列isoPower®集成式隔离式功率器件提供5kV rms加强型隔离，与使用光耦合器等分立式解决方案相比，可为设计人员节省大约50％的电路板和成本。

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ezLINX是一种集成式隔离开发环境，支持8种不同的隔离物理层通信标准

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<strong>作者：Mark Cantrell和BikiranGoswami，ADI公司</strong>

<strong>真实世界SPI部署</strong>

SPI是一种非常有用且灵活的标准，但它的灵活性来源于它的简洁。四个单向中等速度隔离通道将处理时钟速率为数MHz的SPI。而设计人员放弃的是诸如中断服务支持等功能，以及诸如复位功能或从非SPI支持报警功能等直接通信通道。其结果是，频繁使用SPI的接口具有并行工作的额外GPIO线路，以便处理这些功能。隔离SPI时，所有这些线路也都需要隔离。很多情况下，额外通信不需要高速，因此设计人员便从认证器件列表上选用几个光耦合器，而不再使用SPI所需的高速数字隔离器。但是，光耦合器不如数字隔离器那么容易设计，尤其是简单的低速光耦合器。设计师也许需要上一堂“光耦合器电流传输比(CTR)如何随时间和温度变化而变，以及它如何影响应用速度”的速成课。如果多个方向需要额外的通信，那么就需要使用多个封装，因为如果光耦合器是一个多通道器件，则其通道就必须沿同一个方向传输数据。随着设计的逐步展开，尺寸、成本和时间投入便会快速增加。

<strong>使用基于iCoupler®数字隔离器的隔离SPI</strong>

本视频中，两位实习生在隔离SPI总线时面临着使用传统光耦合器解决方案还是采用ADI公司最新SPIsolator™的隔离器件的挑战。观看实习生如何克服空间、成本和使用便利性等难题。

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<strong>作者：Mark Cantrell，ADI公司应用工程部</strong>

<strong>工作场所中的除颤器</strong>

这些除颤器实际上会提供语音和图形方式的指导，使得一个从来没有用过这种机器的用户能够正确地使用监护仪和导联开关。机器随后会做出判断，决定施加多少电能在病人身上，同时避免新手操作人员伤害到自己或痛苦的病人。当EMT到达现场后，就能接上除颤器并下载储存的数据，以便带回医院供医生查看分析。

<strong>医疗保健何去何从</strong>

这个故事说明了技术的成功之处，以及面临的挑战。医疗设备将不再限于临床应用，而是越来越多地走进人们的日常生活。这些设备包括：健康辅助装置(如手机中的卡路里计算器应用程序或跑步机上的心率监护仪)、维持生命的药物输液泵、长期生命体征监控记录、紧急治疗设备(如除颤器)。为了让医疗监护和用药走进家庭，这些设备将具备以下特性：

1. 便携：小巧且功耗低，甚至上了年纪的病人都不会认为它们是累赘。

2. 智能：利用提供的监护信息能够确认配置正确，可以完成目标任务，或者提醒立刻关注。