隔離技術(shù)對(duì)高壓電氣系統(tǒng)的重要性

隨著新能源汽車技術(shù)的蓬勃發(fā)展，以及新能源技術(shù)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，市場(chǎng)對(duì)于高壓信號(hào)隔離器的需求出現(xiàn)了爆發(fā)式增長(zhǎng)。

眾所周知，兩個(gè)電路之間要進(jìn)行電信號(hào)的交互，就必須在它們之間產(chǎn)生信號(hào)電流的流動(dòng)并建立電氣連接。但是，在很多情況下，兩個(gè)電路之間的電氣連接是非常有害，甚至是非常危險(xiǎn)的。因此，要保證系統(tǒng)穩(wěn)健可靠的運(yùn)行，就必須切斷信號(hào)通道上的電流環(huán)路。這也就是隔離技術(shù)所要解決的問(wèn)題。

本次訪談受得捷電子的邀請(qǐng)，TI 全球技術(shù)專家組成員 John 為我們深入講解了各種隔離方式的優(yōu)缺點(diǎn)，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的事項(xiàng)，以及 TI 相關(guān)的隔離技術(shù)和產(chǎn)品。其中，他重點(diǎn)介紹了 TI 推出的 AMC23C12 新型具有可調(diào)閾值和鎖存功能的快速響應(yīng)增強(qiáng)型隔離式窗口比較器。

為什么要進(jìn)行電氣隔離?

高壓信號(hào)電氣隔離應(yīng)用場(chǎng)景：在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，當(dāng)兩臺(tái)設(shè)備所處電位有差異，尤其是當(dāng)目標(biāo)設(shè)備附近有大功率設(shè)備在工作時(shí)，設(shè)備之間的地電位通常會(huì)有數(shù)十伏的差異。這種情況下，如果將兩臺(tái)設(shè)備直接相連，就會(huì)產(chǎn)生很大的地環(huán)路電流。這種地環(huán)路電流往往會(huì)遠(yuǎn)超信號(hào)電流，輕則使通信無(wú)法進(jìn)行，重則會(huì)燒毀電路。這種情況下就需要對(duì)通信線路進(jìn)行電氣隔離，以切斷上述地環(huán)路電流。

在電機(jī)控制應(yīng)用，系統(tǒng)需要操控一個(gè)高壓大功率電機(jī)的運(yùn)行，同時(shí)操作人員又需要通過(guò)人機(jī)接口和電機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系。這種情況下，如果控制系統(tǒng)沒有和高壓功率電路進(jìn)行可靠的隔離，高電壓就會(huì)順著控制信號(hào)線進(jìn)入控制系統(tǒng)，并對(duì)操作人員造成電擊，危及操作人員的生命安全。

如果我們的系統(tǒng)需要采集一個(gè)來(lái)自于設(shè)備外部的小信號(hào)，由于環(huán)境中充滿著復(fù)雜的電磁干擾，信號(hào)線往往會(huì)感應(yīng)到大量的電磁干擾。這種干擾有時(shí)甚至?xí)h(yuǎn)大于我們需要采集的信號(hào)，如果不對(duì)干擾加以適當(dāng)隔離，干擾往往會(huì)將有用信號(hào)淹沒掉。

TI 隔離技術(shù)和產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)

TI 的電容隔離器使用 SiO2(二氧化硅)電介質(zhì)，該電介質(zhì)與其他絕緣材料相比具有最高的電介質(zhì)強(qiáng)度在(如下圖所示)。除了具有最高的電介質(zhì)強(qiáng)度外，SiO2 還是一種無(wú)機(jī)材料，因此在不同濕度和溫度下都非常穩(wěn)定。

TI 專有的多層電容器和多層鈍化方法降低了高電壓性能對(duì)任何單層的依賴性，從而提高了隔離器的質(zhì)量和可靠性。此技術(shù)支持的工作電壓 (VIOWM) 為 2kVRMS，可承受的隔離電壓 (VISO) 為 7.5kVRMS，并且具有承受 12.8kVPK浪涌電壓的能力。TI 的集成式變壓器技術(shù)支持高密度隔離式直流/直流電源轉(zhuǎn)換，同時(shí)可降低 EMI。

AMC23C12 產(chǎn)品介紹

下圖為 TI 推出的 AMC23C12，一款新型具有可調(diào)閾值和鎖存功能的快速響應(yīng)增強(qiáng)型隔離式窗口比較器。

功能框圖

SOIC (DWV) 封裝 5.85mm x 11.5mm

AMC23C12 產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：

通過(guò)集成一個(gè)寬輸入范圍低壓降穩(wěn)壓器、一個(gè)窗口比較器和一個(gè)精密電壓基準(zhǔn)，將解決方案尺寸縮小 50%。

在最壞情況下跳變閾值精度低于 3%，有助于工程師減少設(shè)計(jì)裕度，支持更小尺寸的無(wú)源器件。

小于 400ns 的響應(yīng)時(shí)間，提供超快過(guò)流和過(guò)壓檢測(cè)，從而更好地保護(hù)系統(tǒng)。

通過(guò)單個(gè)外部電阻器實(shí)現(xiàn)可調(diào)跳變閾值，可促進(jìn)不同設(shè)計(jì)重復(fù)使用。

AMC23C12 應(yīng)用示例

審核編輯：湯梓紅