分層隔離基礎(chǔ)知識詳解

利用序列光耦合器建立雙隔離柵會存在一些問題，因?yàn)閿?shù)據(jù)完整性很差，而且沒有一種緊湊和廉價(jià)的方式為兩個(gè)隔離柵之間的接口提供電源。隨著iCoupler等高性能數(shù)字隔離器以及isoPower器件集成電源的問世，通過分層隔離器建立高壓隔離柵現(xiàn)在已經(jīng)成為一種可行解決方案。

由于新型電池和發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速擴(kuò)張，我們需要具有很高工作電壓的接口，還要求提供加強(qiáng)絕緣。例如，太陽能逆變器應(yīng)用具有以下要求：

800 VDC的工作電壓

2級污染等級

過壓類別III

根據(jù)IEC 62109-1標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)加強(qiáng)絕緣的規(guī)定，這需要：

脈沖耐受6000 VPEAK電壓

800 VDC的工作電壓

8 mm的增強(qiáng)電氣間隙

16 mm的增強(qiáng)爬電距離

此爬電距離在當(dāng)前封裝中不可能實(shí)現(xiàn)。但是，如果隔離柵可以分成基本隔離柵和補(bǔ)充隔離柵，則對每個(gè)隔離柵的要求是：

脈沖耐受6000 VPEAK電壓

800 VDC的工作電壓

5.5 mm的基本/補(bǔ)充電氣間隙

8 mm的基本/補(bǔ)充爬電距離

SOIC16W封裝的iCoupler器件，可以達(dá)到基本/補(bǔ)充絕緣電氣間隙、爬電距離和脈沖電壓要求。

以下框圖顯示如何級聯(lián)isoPower器件和標(biāo)準(zhǔn)高壓iCoupler器件以提供所需的隔離。必須非常小心地確定數(shù)據(jù)通道的整體性能。

兩個(gè)組件之間的傳播延遲、脈沖寬度失真和通道匹配值將會增加。最大數(shù)據(jù)速率將受到兩個(gè)器件中速率較慢器件的限制。isoPower器件提供運(yùn)行中間接口的電源。在高達(dá)1 Mbps的數(shù)據(jù)速率下，整個(gè)隔離柵在5 V電壓下需要大約20 mA的功率，在更高數(shù)據(jù)速率下，還需要更高功率。

如果必須跨越兩個(gè)隔離柵輸送電源，以便為隔離負(fù)載供電，則必須按以下所示方式級聯(lián)兩個(gè)isoPower器件。

這種配置非常緊湊，但總功效非常低。下圖顯示了負(fù)載的功效。如果數(shù)據(jù)傳輸速率高于1 Mbps，則數(shù)據(jù)傳輸將使用一部分可用功率，每個(gè)階段的功耗必須進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。如上所示，該應(yīng)用從原邊輸入獲取大約40 mA功率，以創(chuàng)建整個(gè)接口。

這種方法可以解決太陽能逆變器應(yīng)用中的一大難題。在不同的標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用中，可以應(yīng)用此方法來實(shí)現(xiàn)不同目標(biāo)，這要取決于特定系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的具體細(xì)節(jié)?？梢允褂胕soPower器件、數(shù)字隔離器和器件接口的多種組合來創(chuàng)建隔離數(shù)字I2C和USB接口，向終端負(fù)載提供或不提供功耗。