隔离

工业应用现场的电磁噪声环境往往十分复杂，电磁噪声的辐射或传导（EMI）可能会严重干扰机电设备的正常工作。而在这个过程中，电磁噪声传播的一类重要载体，就是产线设备中使用的各种电缆。它们中有些是噪声源，有些则是受扰对象。作为噪声源，电缆会像无线电发射天线那样，将噪声传播到周边的线路和设备；作为受扰对象，电缆会像接收天线一样，吸收来自其他辐射源的噪声干扰。

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有关各类不同等级的噪声源可能影响的应用区域，大致可以参照上图列表。需要注意的是，大型动力开关，感应加热器，大型变压器...等都有可能发出较高水平的传导噪声和辐射干扰；而将信号电缆放置在动力线附近也是会将噪声耦合到信号线路上的。

本研讨会视频将介绍电源转换应用中隔离难题的解决方案。讨论的主题包括传统隔离方法的局限性（例如采用光耦合器和脉冲变压器），以及采用数字隔离器的高效率和高性价比解决方案。若您正在使用光耦合器和脉冲变压器，您应当观看本次研讨会视频。

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<strong>电路功能与优势</strong>

图1所示电路是一种完整的低成本模拟/模拟隔离器解决方案，它提供2500 V rms的隔离值（1分钟，符合UL 1577标准）。

该电路基于 AD7400A——一款二阶Σ-Δ型调制器，提供数字隔离的1位数据流输出。隔离模拟信号利用一个基于双通道、低噪声、轨到轨运算放大器 AD8646 的四阶有源滤波器恢复。 ADuM5000 用作隔离端的电源，两端完全隔离，系统仅使用一个电源。该电路具有0.05%的线性度，并能获益于调制器AD7400A和模拟滤波器提供的噪声整形。该电路的应用包括电机控制和电流监控，同时它还能有效替代基于光隔离器的隔离系统。

多年来，工业，医疗和其他隔离系统的设计人员在实施安全隔离方面的选择有限：唯一合理的选择是光耦合器。如今，数字隔离器在性能，尺寸，成本，功效和集成方面具有优势。了解数字隔离器三个关键元件的性质和相互依赖性对于选择正确的数字隔离器非常重要。这些元素是绝缘材料，它们的结构和数据传输方法。

由于安全规定，设计人员采用隔离措施，或者减少接地环路等的噪声。电隔离确保数据传输，而无需电气连接或泄漏路径，否则可能会造成安全隐患。然而，隔离带来诸如延迟，功耗，成本和尺寸的限制。数字隔离器的目标是在满足安全要求的同时尽量减少招致的处罚。

光耦合器，传统的隔离器，将受到最大的惩罚。它们消耗高水平的功率，并将数据速率限制在1 Mbps以下。更高的功率效率和更高速度的光电耦合器可用，但施加更高的成本损失。

数十年前引入了数字隔离器来减少光耦合器的处罚。他们使用基于CMOS的电路，并提供显着的成本和功率节省，同时显着提高数据速率。它们由前面提到的元素来定义。绝缘材料决定了固有的隔离能力，并被选择来确保符合安全标准。选择结构和数据传输方法来克服引用的处罚。所有这三个要素必须一起工作来平衡设计目标，但是不能妥协和“平衡”的目标之一是能够满足安全规定。

隔离用户及敏感电子部件是电机控制系统的重要考虑事项。安全隔离用于保护用户免受有害电压影响，功能隔离则专门用来保护设备和器件。电机控制系统可能包含各种各样的隔离器件，例如：驱动电路中的隔离式栅极驱动器；检测电路中的隔离式ADC、放大器和传感器；以及通信电路中的隔离式SPI、RS-485、标准数字隔离器。无论是出于安全原因，还是为了优化性能，都要求精心选择这些器件。

虽然隔离是很重要的系统考虑，但它也存在缺点：会提高功耗，跨过隔离栅传输数据会产生延迟，而且会增加系统成本。系统设计师传统上求助于光隔离方案，多年来，它是系统隔离的当然选择。最近十年来，基于磁性(变压器传输)方法的数字隔离器提供了一种可行且在很多时候更优越的替代方案；从系统角度考虑，它还具备系统设计师可能尚未认识到的优点。

本文将讨论这两种隔离解决方案，重点论述磁隔离对延迟时序性能的改善，以及由此给电机控制应用在系统层面带来的好处。

<strong>隔离方法</strong>

光耦利用光作为主要传输方法，如图1所示。发送侧包括一个LED，高电平信号开启LED，低电平信号关闭LED。接收侧利用光电检测器将接收到的光信号转换回电信号。隔离由LED与光电检测器之间的塑封材料提供，但也可利用额外的隔离层(通常基于聚合物)予以增强。

本视频将向您展示如何设计PC电路板来在使用iCoupler数字隔离器时最大程度地减少辐射。

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<strong>工业隔离状态简介</strong>

由于严格的稳定性要求，通道间隔离是许多应用(如天然气和石油工厂及发电厂)中模拟输入模块的常见需求。尤其对于热电偶/热电阻模块而言更是如此，它们的小信号易受噪声的影响且裸露检测元件可能接触到高共模电压。本文将概述用于模拟输入模块的易设计型高密度通道间隔离解决方案。随附的测
试结果表明，16通道、2.5 kV rms通道间隔离演示板可轻松通过EN55022 class B测试标准要求。

<strong>隔离拓扑和通道间隔离设计挑战</strong>

通常，过程控制输入采用组隔离或通道间隔离，参见图1。对于组隔离，多个输入通道组合在一起以共用一个隔离栅，包括电源隔离和信号隔离。与通道间隔离相比，这样可以节省成本，但限制了组内通道间的共模耐压差别，这意味着应尽量将这些通道全部放在同一区域中。通道间隔离(如图1右侧所示)总
方案编号：APM_PLC-AI_2016用于高端TC/RTD模块的16通道间隔离型模拟输入解决方案是有利于改进稳定性。话虽如此，每通道却需要更高的成本，因此工厂设计人员应仔细评估这一权衡。

关于通道与通道间隔离设计，主要的设计挑战是什么？

本视频将说明如何校准隔离式计量芯片组，以实现最佳系统性能。 具体内容涉及三个不同方面： 1) 增益校准 2) 失调校准 和 3) 相位校准。 同时还会展示一个示例。

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了解iCoupler®数字隔离器如何提供简单的解决方案，以安全隔离方式将病人与外部监控器或PC相连。

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<strong>作者：Baoxing Chen， ADI公司研究员</strong>

<strong>内容摘要</strong>

过去几年，光伏(PV)产业飞速发展，其动力主要来自居高不下的油价和环境忧虑。然而，PV成本仍然是妨碍其进一步扩张的最大障碍，要与传统的煤电相竞争，必须进一步降低成本。在太阳能电池板以外，电子元件(如PV逆变器)是导致高成本的主要元件。出于安全和可行性考虑，并网PV转换器把获得的直流与交流网相隔离。隔离的作用通常是满足安全法规的要求，防止直流注入交流网，因为结果可能会影响配电变压器和传统的瓦特小时电表。诸如光耦合器一类的传统隔离解决方案无法满足PV电池板25年的典型担保要求。同时，微逆变器逐渐占据主流，因为这种器件不但可以提高系统可用性，而且能够大幅提升遮光条件下的性能。在这些情况下，PV逆变器安装在PV电池板的后部，那里的高温可能加速光耦合器的性能下降。本文旨在讨论PV逆变器中的信号和电源隔离需求，探讨如何利用微变压器集成隔离功能以提高系统性能和可靠性、降低系统尺寸和成本。