工厂自动化设备、电网基础设施应用、电机驱动和电动汽车 (EV) 等高压工业和汽车系统可以产生数百到数千伏的电压，这不仅会缩短设备的使用寿命，人身安全带来重大风险。本文介绍了如何利用新的隔离技术来确保这些高压系统的安全，从而提高可靠性，减少解决方案的尺寸，降低成本。

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隔离方法

集成电路 (IC) 隔离的方法是阻断直流和低频交流电流，允许电源、模拟信号或高速数字信号通过隔离栅传输。图1显示了光学（光耦合器）、电场信号传输（电容器）和磁场耦合（变压器）三种常用的半导体技术。

(a)

(b)

(c)

图 1:半导体隔离技术:光耦合器 (a)；电容式 (b)；变压器 (c)

TI 利用电容隔离技术和专用集成平面变压器（磁隔离），以及先进的包装和工艺技术，努力改进我们大型、完整的隔离 IC 产品系列的可靠性、集成性和性能。

利用可靠隔离技术克服高电压设计挑战

阅读白皮书，了解常见的高压隔离问题和方法，以及如何在工业和汽车系统中可靠地实现高压隔离，减少解决方案的大小，降低成本。

电容隔离

基于通过电介质的交流信号传输的电容隔离技术。TI 介电强度高的电容隔离器 SiO2电介质结构。因为SiO2是无机材料，在不同的湿度和温度条件下非常稳定。 此外，我们专用的多层电容器和多层钝化方法可以减少对任何单层高压性能的依赖，从而提高隔离器的质量和可靠性。我们的电容技术支持工作电压 (VIOWM) 为2kVRMS，可承受的隔离电压 (VISO) 为7.5kVRMS，能承受12.8kVPK的浪涌电压。

磁隔离

磁隔离通常用于需要高频直流/直流电源转换的应用。IC变压器耦合隔离的一个优点是，它可以传输数百毫瓦以上的功率，通常不需要二次侧偏置电源。磁隔离也可用于发送高频信号。同时需要TI芯片在输送电力和数据的系统中，您可以使用相同的变压器绕组线圈来满足功率和信号需求。将信号和功率输送功能与同一集成变压器线圈相结合，可以充分降低解决方案的成本，缩小尺寸。TPSI3050-Q1和TPSI3052-Q一是将数据传输与电力传输结合在同一变压器通道上。

图2：通过隔离栅使用磁隔离可靠地输送电力和信号

磁隔离，TI采用专用多芯片模块法，协同包装高性能平面变压器、隔离功率级和专用控制器裸片。为了提高耦合和变压器的效率，我们可以使用高性能的铁氧体磁芯来构建这些变压器，也可以在电力输送需求低的应用中使用空芯，从而节省成本，降低复杂性。

可靠地满足隔离需求，减少解决方案的尺寸，降低成本。

不同的应用程序需要不同的隔离方法。让我们看几个例子来理解TI的IC如何帮助满足电动汽车和电网基础设施应用的高压隔离需求，请检查如何使用SSR隔离可靠性更高，解决方案尺寸更小。

电动汽车应用

为了减轻重量，增加扭矩，提高效率，加快充电速度，电动汽车高压电池组的电平从 400V增加到800V，甚至高达1kV。电池管理系统 (BMS)牵引逆变器是两个非常关键的电动汽车子系统，需要800V域与底盘隔离，确保乘客及其车辆的安全。

图3所示的框图是牵引逆变器的示例。在三相直流交流逆变器配置中，牵引逆变器使用隔离栅极驱动器驱动高压绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 或碳化硅 (SiC) 模块。这些模块可以共同包装多达6个IGBT或SiC开关最多需要六个隔离变压器作为六个独立的栅极驱动器IC供电。我们的UCC14240-Q1是一种双输出、中压、隔离直流/直流电源模块，通过减少外部变压器的数量，可以在牵引逆变器和栅极驱动器偏置应用中实现更高的性能PCB面积。

图 3.典型的牵引逆变器系统方框图

将高压电池端子连接到子系统时，BMS使用预充电电路。我们的5kVRMSTPSI3050-Q隔离开关驱动器旨在取代机械预充电接触器，实现更小、更可靠的固态解决方案。该装置可提供高达5个kVRMS增强隔离的工作寿命是机电继电器的10倍，不像机电继电器那样容易随着时间的推移而退化。图4说明了TPSI3050-Q与机械继电器相比，可节省面积。

图 4:使用基于磁隔离的固态继电器驱动器 (TPSI3050) 缩小解决方案的尺寸

电网基础设施应用

隔离是电网基础设施应用中必不可少的因素。它可以保护设备和人员免受高压浪涌的损坏，消除互连时接地电位差大 (GPD) 在共模瞬态事件期间，破坏性接地回路保持数据完整性。

太阳能设备和电动汽车充电器的工作电压范围为200V至1,500V或更高。图4显示了高压电动汽车充电和太阳能绝缘监测AFE参考设计。参考设计使用我们的参考设计AMC3330精密隔离放大器TPSI2140-Q在电网基础设施的应用中，对绝缘电阻进行监测。这种固态继电器解决方案可以在不降低性能的情况下进行数十年的频繁测量。电力和信号都可以通过TPSI2140-Q1内隔离栅输送，因此无需二次侧偏置电源。由于该装置采用薄小尺寸IC (SOIC)因此，解决方案的尺寸可以比基于光继电器或机械继电器的解决方案小50%。

图5：高压电动汽车充电和太阳能绝缘监测AFE方框图

结语

TI将更多功能集成到隔离技术中，帮助工程师在电动汽车和电网基础设施的应用中保持解决方案的安全，降低设计的复杂性，降低解决方案的尺寸，降低成本。ti.com/isolationtechnology，了解如何扩展电容和磁隔离技术，增加更多的模拟功能。

其它参考资料

· 有关TI更多关于高压隔离电容器可靠性的信息，请阅读白皮书实现高质量、可靠的高压信号隔离。

· 查看应用简报，如何简化隔离24V PLC数字输入模块设计。

· 了解基本的隔离参数、认证以及如何使用各种隔离IC设计和故障排除，请观看TI高精度实验室 - 隔离培训系列。