1.隔離的目的:
在隔離電源設計中,輸入與輸出之間沒有直接電氣連接,提供絕緣高阻態,防止電流回路。這意味著輸入與輸出之間呈現為絕緣的高阻態,從而確保了無電流回路的形成。
隔離與可靠保護有關。電隔離是一種電路設計技術,允許兩個電路進行通信,可消除在它們之間流動的任何不需要的直流電。
功能上來說,保護操作人員和低壓電路免受高電壓影響;防止通信子系統之間的地電位差;改善抗噪性能。
2.隔離的場合:
在以下特定場合中,隔離電源是不可或缺的選擇:
(1).可能觸電的場合:例如,從電網取電并將其轉換為低壓直流電的場景,需要使用隔離的AC-DC電源來確保安全。
(2).數據傳輸需求:在串行通信中,如通過RS-232、RS-485和控制器局域網(CAN)等物理網絡傳送數據時,由于各系統間隔較遠且配備有獨立電源,電氣隔離變得尤為重要。隔離電源不僅能保障系統的物理安全,還能通過切斷接地回路來保護系統免受瞬態高電壓的沖擊,同時降低信號失真。
(3).I/O端口的保護:為確保系統的穩定運行,建議對外的I/O端口也進行電源隔離。這可以有效減少外部干擾對系統的影響,提高系統的整體可靠性。
3.隔離的方式:
我們再從電路結構來看,三種隔離方式的電路結構如下圖:
圖3.1 光耦器件電路
圖3.2?磁隔器件電路
圖3.3 容隔器件電路
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數字隔離器使用變壓器或電容將數據以磁性方式或容性方式耦合到隔離柵的另一端,光耦合器則是使用LED發出的光。這使得光耦方案的靜態電流,數據傳輸延遲,CMTI等性能都會較差。磁隔是通過變壓器電流脈沖通過一個線圈,形成一個很小的局部磁場,從而在另一個線圈生成感應電流。電磁感應的原理使得磁隔產品在不佳的電磁工作環境中出現噪聲干擾的可能性更大。而容隔產品是利用低電流電場將數據耦合到隔離柵的另一端,抗干擾性更強。
最后我們看看數據傳輸方式帶來的影響。
光耦合器使用LED發出的光將數據傳輸到隔離柵的另一端:LED點亮時表示邏輯高電平,熄滅時表示邏輯低電平。當LED點亮時,光耦合器需要消耗電能;對于關注功耗的應用,光耦合器不是一個好的選擇。
磁隔產品常用的數據傳輸方式,是將上升沿和下降沿編碼為雙脈沖或單脈沖,以驅動變壓器。這些脈沖在副邊解碼為上升沿或下降沿。這種方法的功耗比光耦合器低10倍到100倍,因為不像光耦合器,無需連續提供電源給器件。這也解釋了為什么磁隔產品的功耗和數據速率成線性關系。
容隔器件的功耗基本不隨傳輸數據速率的變化而改變。