数字隔离器：工业应用的电气隔离新选择

在高压应用中，实现有效的电气隔离至关重要，它可以避免多余的漏电流在系统中具有不同地电位(GPD)的两个部分之间流动。如图1(左)所示，从输入到输出的DC返回电流可能导致两个接地之间产生电位差，从而导致信号完整性降低、质量下降。这就是隔离器(即隔离式栅极驱动器IC或数字隔离器)的用武之地，如图1(右)所示。隔离器通过阻止电路两部分之间的DC和不受控的AC电流流动，仅允许通信信号和功率通过隔离屏障。此外，隔离器还为人与高压系统的交互提供了必要的保护，并提供了电平转换功能，使不同电压级别的系统之间可以互动。

图1：系统两部分之间的DC返回电流会产生多余的接地回路(左)，而电气隔离会通过断开接地连接，来防止多余的接地回路(右)

通常而言，隔离器大致可分为两类：光隔离器和数字隔离器。

光隔离器，通常被称为光耦，是一种模拟隔离产品，它利用光通过隔离屏障来传输信号。光隔离器因其问世早、价格具有竞争力，数十年来在业内被广为使用。然而，LED的开关速度将可实现数据速率限制在了每秒几兆比特。此外，光隔离器还需要使用额外的电路元件，来提供适当的偏置并驱动集成式LED。这要占用额外的PCB面积，并增加了应用的成本(BOM)。尽管现在的技术可以将外部偏置和驱动电路集成在一个封装中，来最大限度地缩小PCB的尺寸、实现更高的速率，但这会大幅增加方案的成本。

另一方面，数字隔离器使用电容或电磁隔离技术，来传输信号。这些技术大幅缩小了隔离元件的尺寸，同时实现了较长的使用寿命。与光隔离器相比，数字隔离器具有如下优势，因此，近期已成为诸多应用的首选：

第一、优化系统BOM物料成本，缩小PCB面积； 第二、准确的时序特性，更低的功耗； 第三、增强的共模瞬态抗扰度(CMTI)； 第四、可靠的绝缘寿命，获得了元件级标准IEC 60747-17的认证； 第五、集成更多功能，例如：输入滤波器、收发器(例如：CAN, RS-485)、输出使能选项。

数字隔离器在工业应用中的优势明显，比如在隔离式低压DC-DC模块和隔离CAN和UART通信中的应用。

在低压DC-DC电源模块中，数字隔离器可以确保安全隔离和稳健的数据传输。以英飞凌的ISOFACE™双通道数字隔离器2DIB0410F为例，该产品采用无芯变压器(CT)技术专利，通过耦合变压器传输信号。此外，该产品还集成了抖动滤波器、通信调制、看门狗和欠压锁定(UVLO)等功能，即使在存在严重的高压和嘈杂的工业环境中，也能确保稳健、安全的数据传输。

图2：英飞凌ISOFACE™数字隔离器2DIBx4xxF使用的无芯变压器的截面图

在隔离CAN和UART通信中，数字隔离器的高共模瞬态抗扰度(CMTI)和极低的脉宽失真(PWD)特性可以实现可靠通信。以英飞凌的ISOFACE™双通道数字隔离器2DIB1401F为例，该产品可以提供高共模瞬态抗扰度(CMTI)和极低的脉宽失真(PWD)，而这些都是实现可靠通信所需的关键特性。此外，隔离器默认的高输出状态可以确保通信线路畅通无阻，从而防止输入侧出现潜在的电源损失。

综上所述，数字隔离器因其小巧的尺寸、高效的功能和优良的性能，正在逐渐取代传统的光隔离器，成为工业应用中的主流选择。随着科技的不断发展，我们有理由相信，数字隔离器将在未来的工业应用中发挥更加重要的作用。如果您需要采购英飞凌的ISOFACE™双通道数字隔离器2DIB0410F，请联系客服。