隔离

出于各种原因，电子系统需要实施隔离。它的作用是保护人员和设备不受高电压的影响，或者仅仅是消除PCB上不需要的接地回路。在各种各样的应用中，包括工厂和工业自动化、医疗设备、通信和消费类产品，它都是一个基本设计元素。

虽然隔离至关重要，但它的设计也极其复杂。控制功率和数据信号通过隔离栅时，会产生电磁干扰(EMI)。这些辐射发射(RE)会对其他电子系统和网络的性能产生负面影响。

对于带隔离的电路设计，一个重要的步骤是跨隔离栅传输功率，并缓解产生的RE。虽然传统方法可能行之有效，但它们往往需要权衡取舍。其中可能包括使用分立式电路和变压器来传输功率。这种方法笨重耗时，会占用宝贵的PCB空间，无一不会增加成本。更经济高效的解决方案是将变压器和所需的电路集成到更小外形中，如芯片封装。

虽然这样可以节省电路板空间，降低设计的复杂性和成本，但也使得变压器体积变小，具备的绕组更少，需要更高的开关频率（高达200MHz）才能高效地将所需的功率传输到次级端。在更高频率下，寄生共模(CM)电流可能通过变压器的绕组以容性方式从初级端耦合至次级端。因隔离栅的性质所限，没有物理路径可以让这些CM电流返回初级端。隔离栅形成一个偶极，将能量以CM电流的形式辐射，并让其返回到初级端。这就引发了另一个重要考虑因素：合规性。

隔离用户及敏感电子部件是电机控制系统的重要考虑事项。安全隔离用于保护用户免受有害电压影响，功能隔离则专门用来保护设备和器件。电机控制系统可能包含各种各样的隔离器件，例如：驱动电路中的隔离式栅极驱动器；检测电路中的隔离式ADC、放大器和传感器；以及通信电路中的隔离式SPI、RS-485、标准数字隔离器。无论是出于安全原因，还是为了优化性能，都要求精心选择这些器件。

虽然隔离是很重要的系统考虑，但它也存在缺点：会提高功耗，跨过隔离栅传输数据会产生延迟，而且会增加系统成本。系统设计师传统上求助于光隔离方案，多年来，它是系统隔离的最佳选择。

最近十年来，基于磁性(变压器传输)方法的数字隔离器提供了一种可行且在很多时候更优越的替代方案；从系统角度考虑，它还具备系统设计师可能尚未认识到的优点。接下来介绍两种隔离解决方案，重点论述磁隔离对延迟时序性能的改善，以及由此给电机控制应用在系统层面带来的好处。

隔离方法

光耦利用光作为主要传输方法，如图1所示。发送侧包括一个LED，高电平信号开启LED，低电平信号关闭LED。接收侧利用光电检测器将接收到的光信号转换回电信号。隔离由LED与光电检测器之间的塑封材料提供，但也可利用额外的隔离层(通常基于聚合物)予以增强。

数百伏的 DC 电源并非如人们想象的那样不常见。也许首先进入脑海的一种应用是电动型汽车，在这种汽车中，锂离子电池组的电压范围高达 400V，此外，大型太阳能阵列可以输出 600V 或更高的电压，而对工业电机驱动器中的 AC 电压整流，可产生范围为 170V 至 680V 的 DC 电压。

很多年来，人们一直在开展研发工作，以将数据中心的配电从 AC 变为高压 DC (380V 或 ±190V)， 从而减少电源转换步骤、设备占用空间和运行成本，同时方便与太阳能等可再生能源整合。以较高电压配电降低了电流值，从而降低了电阻性损耗 (I2R)，这个特点可用来减轻电缆重量。

所有这些高压电源都需要开关和软启动以给负载供电。就能量监视和优化而言，以数字化方式监视在高压总线上的电压和电流是必不可少的。任何控制这些电源的电路都必须是电气隔离的，以保证操作人员的安全，并针对危险的高压对低压电子组件提供保护。

控制浪涌电流和监视电源的方法