隔离挑战升级，优势各异的器件隔离技术

电子发烧友网报道（文/李宁远）在任何一个高电压系统背后，肯定有着隔离技术作为支撑。对于使用AC电源和DC电源的设备来说，保持电路隔离是一个重要的设计环节，对于依赖于高电压的电路来说更是如此。

不管是汽车应用里通过隔离来实现敏感电子元器件与快速瞬变高压组件之间的安全通信，还是工业系统中引入隔离对高压浪涌、大接地电位差、高侧组件通信以及共模瞬态数据进行保护，隔离技术的应用让这些高电压系统得以实现安全可靠的运行。

不断变化的隔离挑战

隔离就是分隔电气系统，从而防止两个器件之间产生直流电流和有害的交流电流，同时仍允许信号和电源传输。在目前几个关键市场中，隔离的需求十分迫切，如电动汽车市场、工业自动化市场、储能电网市场以及医疗设备市场。

在电动汽车市场，汽车电气平台向更高电压等级升级的趋势下，隔离的需求显而易见。随着电动汽车从400V电池系统过渡到800V电池系统，必须通过隔离来实现敏感电子元器件与快速瞬变高压组件之间的安全通信。从牵引逆变器到DC/DC到OBC，都需要借助隔离技术更大限度地提高整车EV系统的可靠性和安全性，除此之外隔离技术还能给相关器件设计优化成本并提高电机效率、电源效率。

在工业自动化市场中，高压工业电源也需要隔离起来，这些高电压浪涌的破坏性极强，不仅可能损坏设备，也能造成人身安全问题。同时，工业场景有着大量的传感器、电机、机器人、PLC等设备，涉及大量通信和控制，隔离技术的应用可以让这些设备免受其他信号的干扰，保持稳定可靠的运行。

在储能电网市场，高效可靠电力输送的实现更是与隔离技术息息相关。光伏逆变器、继电器、电表、电能分析仪等等设备都需要通过数据隔离技术和信号隔离技术实现更智能更高效的电力输送。

而且随着SiC和GaN在电机驱动器、光伏逆变器、汽车充电器、牵引逆变器等设备上应用的越来越多，这需要更准确更快速的故障检测来诊断交流电力线波动和电气过载，确保高压系统稳定。隔离技术集成其他器件能对双向过流、过压以及过热进行隔离式的检测，不仅响应时间快，也能有效保护SiC和GaN晶体管。

不断升级的隔离技术

应用市场隔离的挑战在更新，隔离技术也在同步发展。任何隔离器件，都依赖于一种或多种半导体绝缘材料，从早期的空气、环氧树脂到二氧化硅填充的模塑化合物、聚酰亚胺到二氧化硅。绝缘材料的电介质强度在不断提高，二氧化硅材料的电介质强度已达到500VRMS/µm左右，电介质强度的提升带来了更好的隔离电压效果。

从隔离技术路线上来说，无外乎是光耦、容耦和磁耦。光耦厚绝缘层的耐压优势使其应用场景一直很稳定，虽然其CMTI无法做到容耦和磁耦的水平。如果再牺牲一部分CMTI，光耦可以做到很高的数据速率。

电容天生就能阻断直流信号，在信号的隔离传输上容耦功耗低，传输速率高。现在采用二氧化硅绝缘材料制作的容耦隔离器件在极薄的厚度里有着很高的CMTI，虽然在超高压系统里绝缘厚度不够可能浪涌保护能力不够，不过各种多层制备工艺也不断升级解决了此类困扰。

磁耦隔离技术绝对是高频DC/DC电源转换里最常见的，不仅能够发送高频信号，还能改善传输延迟和延迟偏差这是其他隔离技术没办法实现的。现在的磁耦隔离器件集成度都很高，单一芯片集成电源和信号传输，这样在设计中能省去组件，有助于缩小隔离方案尺寸并降低成本。

小结

隔离技术保护了低电压电路免受高电压故障影响，又能中断接地回路来保持信号完整性，从而实现不同电压域之间的通信。在目前的几个关键市场里，随着隔离技术的升级，隔离器件的集成度也越来越高，在高电压系统发挥着至关重要的作用。