分层隔离基础知识详解

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利用序列光耦合器建立双隔离栅会存在一些问题，因为数据完整性很差，而且没有一种紧凑和廉价的方式为两个隔离栅之间的接口提供电源。随着iCoupler等高性能数字隔离器以及isoPower器件集成电源的问世，通过分层隔离器建立高压隔离栅现在已经成为一种可行解决方案。
　　由于新型电池和发电产业的快速扩张，我们需要具有很高工作电压的接口，还要求提供加强绝缘。例如，太阳能逆变器应用具有以下要求：
　　800 VDC的工作电压
　　2级污染等级
　　过压类别III
　　根据IEC 62109-1标准的有关加强绝缘的规定，这需要：
　　脉冲耐受6000 VPEAK电压
　　800 VDC的工作电压
' {) ~7 f0 D7 Y8 L　　8 mm的增强电气间隙
- g5 ^6 _' ]# ?# S　　16 mm的增强爬电距离
　　此爬电距离在当前封装中不可能实现。但是，如果隔离栅可以分成基本隔离栅和补充隔离栅，则对每个隔离栅的要求是：
' _* H8 l9 n2 A& T4 b2 U- f5 t　　脉冲耐受6000 VPEAK电压
& m7 O, p+ N+ K. r& A　　800 VDC的工作电压
& e3 l" i5 d. a: L6 x3 d" y　　5.5 mm的基本/补充电气间隙
4 D" X6 {' Y) H" ~" R5 Y+ V  P' V8 V　　8 mm的基本/补充爬电距离
* K7 `5 c, Z' @5 e) N　　SOIC16W封装的iCoupler器件，可以达到基本/补充绝缘电气间隙、爬电距离和脉冲电压要求。
3 c9 w; L& [6 q/ k7 W　　以下框图显示如何级联isoPower器件和标准高压iCoupler器件以提供所需的隔离。必须非常小心地确定数据通道的整体性能。
4 K. b8 P1 k' Q7 e4 P　　两个组件之间的传播延迟、脉冲宽度失真和通道匹配值将会增加。数据速率将受到两个器件中速率较慢器件的限制。isoPower器件提供运行中间接口的电源。在高达1 Mbps的数据速率下，整个隔离栅在5 V电压下需要大约20 mA的功率，在更高数据速率下，还需要更高功率。
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　　如果必须跨越两个隔离栅输送电源，以便为隔离负载供电，则必须按以下所示方式级联两个isoPower器件。
　　

　　这种配置非常紧凑，但总功效非常低。下图显示了负载的功效。如果数据传输速率高于1 Mbps，则数据传输将使用一部分可用功率，每个阶段的功耗必须进行详细计算。如上所示，该应用从原边输入获取大约40 mA功率，以创建整个接口。
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　　这种方法可以解决太阳能逆变器应用中的一大难题。在不同的标准和应用中，可以应用此方法来实现不同目标，这要取决于特定系统标准的具体细节。可以使用isoPower器件、数字隔离器和器件接口的多种组合来创建隔离数字I2C和USB接口，向终端负载提供或不提供功耗。

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加强绝缘