隔離101：如何為您的應(yīng)用找到合適的隔離解決方案

盡管您可能已清楚地知道什么是隔離，但您仍然可能會(huì)對(duì)隔離的各種類型有疑問(wèn)。在本篇技術(shù)文章中，我將定義四種主要的隔離類型，并解釋工程師如何從TI新的全集成變壓器技術(shù)中獲益，這種技術(shù)與其他增強(qiáng)型隔離解決方案相比，具有多種優(yōu)勢(shì)。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，隔離可在傳輸所需信號(hào)和/或電源的同時(shí)，阻止系統(tǒng)不同部件之間的異常直流和交流電流。設(shè)計(jì)人員將在許多應(yīng)用中采用隔離技術(shù)來(lái)為電源或電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中的高壓側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器供電，保護(hù)高壓系統(tǒng)中的低壓電路（如電動(dòng)汽車系統(tǒng)中的處理器），分離具有不同電壓電位的系統(tǒng)之間的通信，或防止高壓設(shè)備終端用戶觸電。存在許多不同級(jí)別的隔離，包括功能隔離、基礎(chǔ)隔離、雙隔離和增強(qiáng)隔離。

功能隔離，顧名思義，僅提供功能。它以一個(gè)電勢(shì)將一個(gè)信號(hào)或電源從一個(gè)電勢(shì)的系統(tǒng)傳遞到另一個(gè)電壓不同的系統(tǒng)。它并不能防止觸電。

下一個(gè)是基礎(chǔ)隔離。它是一種功能隔離，但增加了觸電保護(hù)。I類設(shè)備使用功能隔離和接地連接來(lái)保護(hù)用戶。圖1所示為典型的I類設(shè)備。

雙隔離采用具有基本隔離（基礎(chǔ)級(jí)觸電保護(hù)）的系統(tǒng)，并在電氣部件和最終用戶之間添加了輔助絕緣層，以在基本隔離失效時(shí)降低觸電的可能性。II類產(chǎn)品需要雙隔離。這些產(chǎn)品配有不帶接地插腳的交流插頭，這提高了產(chǎn)品的安全性，因?yàn)樗灰蕾囃獠拷泳€來(lái)保證用戶的安全。具有雙隔離的終端設(shè)備示例包括電網(wǎng)資產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、便攜式醫(yī)療設(shè)備（如靜脈注射泵）和電氣設(shè)備（如攪拌機(jī)或手機(jī)充電電源）。

圖1：典型的I類設(shè)備

第二層將內(nèi)部金屬部件（可能帶電）與外部外殼物理隔離，或使用非導(dǎo)電的外部外殼，如塑料。與I類設(shè)備相比，II類設(shè)備確實(shí)具有一定的安全性，因?yàn)樗鼈儾灰蕾囃獠拷泳€來(lái)提供冗余保護(hù)。圖2所示為典型的II類設(shè)備。

增強(qiáng)型隔離與使用單層的雙隔離效果相同。帶有增強(qiáng)型隔離的設(shè)備提供基本隔離；此外，它用來(lái)確保印刷電路板跡線、磁芯、繞組、引腳等之間的物理隔離，同時(shí)滿足安全蠕變和間隙距離（指兩個(gè)電壓系統(tǒng)之間的物理距離）。增強(qiáng)設(shè)備采用雙隔離設(shè)計(jì)，但只能作為一個(gè)單件進(jìn)行測(cè)試。

安全標(biāo)準(zhǔn)定義了認(rèn)證必須達(dá)到的值。例如，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）60950-1要求基礎(chǔ)隔離的蠕變/間隙距離為3.2 mm，增強(qiáng)型隔離和雙隔離的蠕變/間隙距離為6.4 mm?；A(chǔ)隔離的額定電壓要求為2,500 VRMS（1分鐘）和3,000 VRMS（1秒）；增強(qiáng)型隔離和雙隔離的額定電壓要求為5000 VRMS（1分鐘）和6,000 VRMS（1秒）。你可以看到增強(qiáng)/雙隔離正好是 - 基礎(chǔ)隔離的兩倍。如圖3所示，雙隔離設(shè)備標(biāo)示在帶雙盒標(biāo)志的標(biāo)簽上。

圖2：典型的II類設(shè)備

一旦您決定構(gòu)建II類設(shè)備，您將需要雙隔離或增強(qiáng)型隔離。為什么選擇這一類型，而不選其他類型？答案在于解決方案的尺寸和成本。正如您想象的那樣，如果一臺(tái)設(shè)備能完成兩臺(tái)設(shè)備的工作，就能產(chǎn)生尺寸更小的解決方案。您不僅可以通過(guò)集成到單個(gè)設(shè)備，還可以通過(guò)減少滿足隔離安全標(biāo)準(zhǔn)所需的工作量來(lái)節(jié)約成本。

全集成、增強(qiáng)的隔離解決方案采用小包裝，并且易于實(shí)施。與其他解決方案相比，這種設(shè)備有多種好處。例如, 德州儀器 UCC12050 將所有的控制器、驅(qū)動(dòng)器，場(chǎng)效應(yīng)晶體管和磁性元件集成到單個(gè)封裝中。您只需將設(shè)備放置在帶有一些旁路電容器的電路板上，并按照正確的電路板布局說(shuō)明進(jìn)行操作，即可設(shè)計(jì)出一個(gè)增強(qiáng)型隔離解決方案，從而可以在超小的占用空間內(nèi)偏置電源應(yīng)用。所有的工程工作已經(jīng)完成：無(wú)磁性元件設(shè)計(jì)，無(wú)電源控制器選擇。

如德國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì) (VDE) 0884-10和國(guó)際電工委員會(huì) (IEC) 60747-17等標(biāo)準(zhǔn)為增強(qiáng)型隔離設(shè)備認(rèn)證提供了最低要求。 UCC12050 滿足增強(qiáng)型隔離的所有要求，最小隔離保護(hù)為7 kVPK（1秒，經(jīng)生產(chǎn)測(cè)試）和5 kVRMS（1分鐘）。

總而言之，功能和基礎(chǔ)隔離將一個(gè)電壓軌與另一個(gè)電壓軌電氣隔離，而雙隔離和增強(qiáng)型隔離為相同的設(shè)計(jì)目標(biāo)提供可互換的解決方案 - 從插頭上拔下接地管腳。

增強(qiáng)型隔離通過(guò)將兩個(gè)絕緣設(shè)備減少到1個(gè)來(lái)提供比雙隔離更好的優(yōu)勢(shì)。與其他隔離式偏置電源解決方案相比，它是您的系統(tǒng)中節(jié)省時(shí)間、精力、空間和成本的理想選擇。

II類設(shè)備由一個(gè)雙線插頭和電源上的指示燈表示。

圖3：雙隔離標(biāo)志

其他資源：

●   閱讀此白皮書，“ 通過(guò)隔離柵的電源：隔離DC/DC偏置電源的概況 ?！?/p>

●   下載 UCC12050數(shù)據(jù)表 。

●   閱讀應(yīng)用指南， “ 適用于空間受限應(yīng)用的增強(qiáng)型隔離模擬輸入鏈 。 ”