在每個高壓技術故事中，我們很有可能會在幕后發(fā)現(xiàn)一項孤立無名的創(chuàng)新。

隔離——一項重要的基礎技術，嵌入從電動汽車 (EV) 到自動化工廠設備和醫(yī)療設備的所有領域——很少成為頭條新聞。這是設計使然。

“我們不希望人們聽到隔離，”領導我們公司汽車電源設計團隊的Pradeep Shenoy說?！叭绻綦x出現(xiàn)在新聞中，那就意味著存在問題?！?

保持電路隔離是具有交流 (AC) 和直流 (DC) 電源的設備的重要設計元素。對于依賴高壓的電路來說尤其如此。如果沒有正確實施隔離，可能會發(fā)生電磁干擾、電氣損壞、短路、火災或觸電。

“如何實現(xiàn)隔離很重要，因為它會影響系統(tǒng)的其他部分，影響電磁干擾、效率和空間，”Pradeep 說。“而那些嘈雜的干擾可能會中斷數(shù)據(jù)傳輸或中斷電機，這是你使用隔離的主要例子?！?

應對不斷發(fā)展的隔離挑戰(zhàn)

現(xiàn)在，人們接觸到更廣泛的高壓應用，比如使用400或800伏的電動汽車，使用400伏電池組，隔離正成為一個更常見的挑戰(zhàn)。管理這些電池并與車輛其他部分進行通信的系統(tǒng)需要隔離組件，這可以增加車輛的尺寸、重量和成本。隨著個人電子產(chǎn)品變得更加復雜和小型化，電磁干擾的風險也在增加——一種開關電流和電壓的不良副產(chǎn)品。為了幫助工程師從設計中消除組件并降低解決方案尺寸和成本，我們公司的新型固態(tài)繼電器將電源和信號傳輸集成在一個芯片上，具有足夠的容量來支持下一代電動汽車、電網(wǎng)基礎設施、工業(yè)機器人等等。這些芯片的顯著集成度僅能占用傳統(tǒng)隔離元件所需空間的十分之一。

“如果沒有集成，我們需要一個外部變壓器來處理隔離，這些部件會增加設計的體積和復雜性，”領導我們公司工業(yè)電源設計服務團隊的 Robert Taylor 說?！爱斠磺卸际仟毩⒌臅r，它會增加可靠性?！?

一些傳統(tǒng)的隔離設計使用物理繼電器，其運動部件使它們在極端高溫、低溫或振動等不利條件下容易發(fā)生故障。具有集成電源和信號隔離功能的固態(tài)繼電器沒有會隨著時間推移而磨損的活動部件，因此其預期壽命是繼電器的 10 倍。

我們公司也是少數(shù)幾家將磁隔離集成到固態(tài)器件中的制造商之一，也是唯一一家在磁隔離和電容隔離方面持續(xù)投資的公司。我們在電容和磁隔離、封裝開發(fā)和工藝技術方面的進步，可以安全可靠地跨越工業(yè)和汽車系統(tǒng)(如電動汽車、電網(wǎng)基礎設施、工廠自動化和電機驅(qū)動器)的隔離柵提供電力和高速信號。

“高壓對于高效和經(jīng)濟地傳輸電力至關重要，而隔離對于任何有高壓的地方的安全都至關重要，”我們公司的企業(yè)研發(fā)集團 Kilby Labs 的電源管理總監(jiān) Jeff Morroni 說。“例如，在電動汽車的電池管理和其他系統(tǒng)中，我們需要通過確保高壓不會進入底盤來防止電擊。隨著隔離需求的發(fā)展，我們將繼續(xù)尋找創(chuàng)新的方法來保證人員及其與之交互的高壓系統(tǒng)的安全?！?

實踐中的隔離

為了更好地理解隔離的重要性，請考慮它在當今一些主要市場中所扮演的角色。

電動汽車：電動汽車有一個高壓電池(通常為 400 或 800 伏)來提供動力，還有一個傳統(tǒng)的低壓電池，用于車內(nèi)便利和信息娛樂。隔離起到保護器和性能助推器的雙重作用。

Pradeep 說：“電動汽車中的隔離有助于在我們關閉汽車時保護駕駛員，但它在使 EV 電池盡可能長的使用壽命方面也發(fā)揮著重要作用?！备綦x允許系統(tǒng)監(jiān)督、監(jiān)控和保護電池單元安全、準確地與中央微控制器通信，后者以不同的電壓運行?！?

工業(yè)自動化：隔離技術的改進可以防止可能損壞設備或傷害人類的高壓浪涌。它還可以屏蔽傳感器、電機、機器人和其他設備等自動化設備免受信號干擾，使其能夠可靠運行。“隔離技術保護電力、通信和控制——這些功能可在整個工廠車間實現(xiàn)智能自動化，并提高效率、生產(chǎn)力和安全性，”羅伯特說?！暗钪匾墓δ苁前踩捅Ｗo最終用戶?！?

太陽能和智能電網(wǎng)：無論在哪里發(fā)電和輸電，都需要一些隔離技術。這包括將太陽能轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)電力的家用太陽能電池板。

“來自太陽能電池板的高壓需要被隔離，然后轉(zhuǎn)換為交流電流，當電壓通過電網(wǎng)時需要降壓，”羅伯特說。“每次我們將其降壓時——從高壓到進入你家外變壓器的中壓——都需要不同的隔離層，以便安全地完成?！?

醫(yī)療設備：降低成本始終是醫(yī)療保健的首要任務。固態(tài)隔離器件尺寸和復雜性的減小使設計人員能夠在不犧牲安全性或特性的情況下開發(fā)更小的電路。現(xiàn)代固態(tài)隔離的更高可靠性支持醫(yī)療保健中對高正常運行時間和低故障率的要求。

“在 TI，我們一直在為高壓系統(tǒng)開發(fā)集成電路中的隔離技術已有 20 年了，”Jeff 說?！拔覀冋诶^續(xù)尋找新的方法來改善隔離，使工程師能夠降低復雜性并保持電源系統(tǒng)的安全性?！?