高電壓電路設計需要隔離，一來能夠保護操作人員、二是可實現在低電壓電路中的通訊，以及可消除系統中非必要的雜訊。數位隔離器提供一種簡單且可靠的方式，能夠在工業與汽車應用中達成高電壓隔離通訊。
為在隔離層中維持訊號完整性，必須隔離電路一次及二次側間的所有耦合路徑，包含電源供應器。由於數位隔離器的二次側所需功率通常較少，系統設計人員常會提高功率容許量以為多個裝置提供電源。
我將在本文分享隔離設計中訊號與電源的常見問題，並提供可用的離散式與整合式選項的簡短概覽。
問題1：數位隔離器為什麼隔離電源？
數位隔離器的內部架構由分離式導線架上的兩個獨立數位積體電路組成，兩者間有高電壓隔離介電質屏蔽，如圖1所示。裝置一次與二次側每個IC都需要獨立電源供應器與接地，兩側間無實體連接。不管裝置支援基本還是強化型隔離都有此需求，並且適用數位隔離器及具整合介面的隔離裝置。
圖1：數位隔離器的內部架構包含分離式導線架，且需獨立一次與二次電源供應
問題2：數位隔離器的電源要求有哪些？
為數位隔離器解決方案選擇電源拓撲前，必須先決定電源的基本功率需求，包含輸入電壓範圍、輸出電壓、二次側所需輸出功率，以及輸出軌的數量。與非隔離式電源解決方案相比，隔離式電源解決方案的其他考量還包括系統絕緣額定值及所需爬電距離和間隙距離，以及靜電放電與系統排放性能等電磁相容性需求。工業終端設備標準有定義多項要求。若要進一步了解隔離系統的絕緣額定值與爬電距離和間隙距離，請觀賞TI精密實驗室隔離影片系列。
數位隔離器的輸入與輸出訊號電壓常視使用的電源電壓而定，通常與二次側的供應電壓(VCC)有直接關係。在對供應輸入與輸出要求做出結論前，建議各位小心檢視數位隔離器產品規格書中的電源供應要求。此外也可針對數位隔離器的介面元件邏輯位準進行最佳化。例如以5 V為與微控制器有介面的數位隔離器供電時，可選擇也能在二次側以5-V邏輯位準或接近邏輯位準運作的訊號。
問題3：二次側電源供應器是否適用數位隔離器？
在某些情況下，系統中可能已針對一次與二次電源提供兩個獨立電源供應軌，只要符合隔離器邏輯基本要求即可。其中包含與輸入及輸出訊號位準相符的電源供應電壓位準，兩者皆提供獨立接地。雖然可選擇使用現有二次電源供應，但雜訊耦合與電源調節也常成為問題。設計人員常會選擇設計能得到最佳邏輯與系統雜訊性能的隔離電源。
問題4：隔離電源有哪些可用解決方案？
設計數位隔離電路的隔離電源時，有許多選項可供選擇。數位隔離器的電源解決方案包含返馳、H橋電感器電感器電容器、推拉式，還有整合式隔離資料與電源解決方案。
整合式隔離資料與電源解決方案具電源的ISOW7741數位隔離器、具電源的ISOW1412隔離式RS-485收發器，或是具電源的ISOW1044控制器區域網路收發器，都有整合式DC/DC轉換器。這些裝置專為滿足國際無線電干擾特別委員會(CISPR) 32 Class B限制而設計，解決方案尺寸比採用離散式設計的替代方案更加小巧。由於在電路板上可省去使用變壓器、可縮小電路板尺寸並可簡化認證等優點，設計人員通常認為值得做此取捨，以最小的體積實現高效能設計。
雖然離散式解決方案在某些情況下可提供較高效率與較低輻射排放，但節省空間和簡化認證等優點仍是加快上市速度的最終選擇。
若要進一步了解這些裝置的優點，請詳閱應用簡介「如何以ISOW7741滿足CISPR 32輻射排放限制」。
另外，請點擊了解ISOW7741數位隔離器與整合式DC/DC轉換器如何提供業界最低輻射排放並節省電路板空間。
關於德州儀器（TI）
德州儀器（納斯達克股票代碼：TXN）為位居世界領導地位的全球半導體公司，致力於設計、製造、測試以及銷售類比和嵌入式半導體晶片，為工業、汽車、個人電子、通訊設備和企業系統等市場服務。打造更美好的世界是我們的願景，為此，我們以半導體技術為基礎，致力於創造更輕巧、更高效、更可靠及更具成本效益的產品解決方案，使半導體更加普及地被應用於各式電子產品中。推動半導體技術持續更上一層樓，是我們數十年來始終如一的信念。更多詳情，敬請瀏覽TI.com。
