2 數字隔離器和隔離式功能的典型應用

圖 2-1 采用 16 引腳封裝的示例隔離器

典型數字隔離器的引腳圖如圖 2-1 所示。該隔離器由兩個電源組成：（即 V_CC1 和 V_CC2）和兩個接地端：GND1 和 GND2，任一側的輸入和輸出引腳以各自的接地端為基準。也就是說，在圖 2-1 中，引腳 1 至 8 以 GND1 為基準，引腳 9 至 16 以 GND2 為基準。

數字隔離器采用單端 CMOS 或 TTL 邏輯開關技術。 V_CC1 和 V_CC2兩個電源的電壓范圍通常為 3V 至 5.5V，但有些器件可能支持更大的電源電壓范圍。例如，ISO78xx 器件可以在 2.25V 以下的電源下工作。在使用數字隔離器進行設計時，務必牢記：由于單端設計結構，數字隔離器不符合任何特定的接口標準，僅用于隔離單端數字信號線。

隔離功能是指將其他功能（例如收發器或柵極驅動器）和隔離器集成在一起的器件。本節稍后會介紹集成隔離式 RS485 示例。與數字隔離器不同，隔離功能可能需要符合某些標準。例如，隔離式 I²C 緩沖器將與 I²C 標準兼容。此外，隔離功能可能需要更高的電源供電，例如，隔離式柵極驅動器可能需要使用 ±15V 的電源來驅動 IGBT 柵極。

出于各種原因，現代電氣系統需要隔離。例如，保護操作人員免受高壓瞬態的傷害，防止損壞高壓系統中昂貴的處理器、ASIC 或 FPGA，中斷通信網絡中的接地回路，以及中斷與電機驅動或電源轉換器系統中的高側器件的通信。需要隔離的應用示例包括：工業自動化系統、電機驅動器、醫療設備、光伏逆變器、電源和混合動力電動汽車 (HEV)。

本節介紹了數字隔離器和隔離式功能的一些示例應用。閱讀有關數字隔離器在共模瞬態抗擾度和高工作電壓方面的性能的更多信息，請參閱《利用高性能數字隔離技術實現突破》白皮書。有關更多示例、詳細的應用圖表和使用案例，請參閱各自的產品數據表。

圖 2-2 顯示了最簡單的隔離器應用。此處整個電路構成了一個單端低電壓系統，其中一個數字隔離器將控制器的 SPI 接口與數據轉換器的 SPI 接口連接在一起。SPI 接口中最常用的隔離器是 ISO7x31 和 ISO7x41，因此通常被指定為 3 通道和 4 通道 SPI 隔離器。有關隔離式 SPI 的實現，請閱讀如何在標準接口電路中將光耦合器替換為數字隔離器和在電池管理系統 (BMS) 中使用隔離式 SPI 和 I2C 簡化電流和電壓監控。

圖 2-2 隔離式 SPI 接口

由于除了實際的數據線 RX 和 TX 之外還需要六個控制信號，因此圖 2-3 中功能全面的隔離式 RS-232 接口需要兩個四通道隔離器。盡管整個系統是一個單端系統，但由于對稱的 13V 總線電源的高電壓要求，因此有必要對 UART 和總線收發器低壓側之間的數據鏈路進行電隔離。此外，13V 直流總線可能反過來由更高的的電源生成，在這種情況下，隔離還可以作為一種保護手段，來防止系統電源線上出現高壓瞬態。

圖 2-3 隔離式 RS-232 接口

如圖 2-3 中的示例所示，圖 2-4 中 RS-485 接口的隔離發生在控制器和總線收發器之間。盡管整個接口電路是一個低電壓系統，但傳輸總線的差分特性要求在單端側預先進行隔離。在多節點分布式 RS-485 網絡中，不同節點可以參考不同電位的接地，在這種情況下，隔離通過在這些接地電位之間進行電平轉換來實現通信。

圖 2-4 隔離式 RS-485 接口

由于圖 2-5 中所示接口的簡單，可將隔離器功能集成到收發器電路中，從而提供成本低且元件數量少的應用專用隔離器器件。圖 2-5 所示為一個隔離式功能示例。有關如何實現這些 RS-485 解決方案的圖表，請閱讀如何隔離 RS-485 系統的信號和電源。

圖 2-5 集成隔離式 RS-485 接口

此處并未涵蓋數字隔離器和隔離式功能的所有應用。這些示例僅用于了解隔離器是如何放置在系統中的。有關更多示例、詳細的應用圖表和使用案例，請參閱各自的產品數據表。