数字隔离器电源设计的关键考量

在现代电子系统中，数字隔离器的应用越来越广泛，尤其是在需要高可靠性和安全性的场合。然而，为数字隔离器选择合适的电源方案是确保其正常运行的重要环节。本文将详细探讨数字隔离器的电源要求及其解决方案，帮助工程师更好地理解和应用这一关键技术。

为什么需要隔离数字隔离器的电源？

数字隔离器的核心架构由两个独立的数字集成电路（IC）组成，位于分离式引线框上，并通过高压隔离电介质屏障分隔开来。这种设计使得每个IC都需要单独的电源和接地，初级侧和次级侧之间没有任何物理连接。无论是基本隔离还是增强型隔离，这种要求都适用于所有数字隔离器以及带有集成接口的隔离器件。因此，为了确保系统的稳定性和安全性，必须为数字隔离器提供独立的电源。

数字隔离器的电源要求是什么？

在选择适合数字隔离器的电源拓扑之前，首先需要明确电源的基本要求，包括输入电压范围、输出电压、次级侧所需的输出功率和输出轨的数量。与非隔离电源相比，隔离电源还需要考虑系统绝缘额定值、爬电距离和间隙距离、静电放电以及电磁兼容性（EMC）等要求。这些参数通常由行业终端设备标准进行规定。

数字隔离器的输入和输出信号电压通常取决于它们所施加的电源电压，并且通常与次级侧的电源电压（VCC）直接相关。在最终确定电源输入和输出要求之前，建议仔细查阅数字隔离器的数据表中的电源要求。此外，优化数字隔离器以匹配接口元件的逻辑电平也是一个好主意。例如，如果为与微控制器连接的数字隔离器提供5V电压，则应选择在次级侧也使用5V或接近5V逻辑电平的信号。

次级侧电源可以用作隔离电源吗？

在某些情况下，只要满足隔离器逻辑电平的最低要求，系统中的两个独立电源轨可以分别用作初级侧和次级侧电源。这包括与输入和输出信号电平相匹配的电源电压电平，每个电平均提供单独的接地。虽然可以使用现有的次级侧电源，但噪声耦合和电源调节通常会成为问题。因此，设计者通常会选择专门设计的隔离电源，以优化逻辑电平和系统噪声性能。

隔离电源有哪些解决方案？

为数字隔离电路设计隔离电源时，有多种方案可供选择。常见的隔离电源解决方案包括反激式、H桥电感器-电感器-电容器（LLC）、推挽式和集成式隔离数据及电源解决方案。

反激式：适用于需要多路输出的小功率应用，具有较高的灵活性。

H桥电感器-电感器-电容器（LLC）：适用于高频应用，能够实现高效能转换。

推挽式：适用于低至中等功率应用，结构简单且易于实现。

集成式隔离数据和电源解决方案：如德州仪器带电源的ISOW7741数字隔离器、带电源的ISOW1412隔离式RS-485收发器或带电源的ISOW1044控制器局域网收发器等。这些器件集成了直流/直流转换器，旨在满足国际无线电干扰特别委员会（CIPSR）32 B类限制，并且尺寸明显小于分立式设计备选方案。如需ISOW7741、ISOW1412和ISOW1044产品规格书、样片测试、采购、BOM配单等需求，请加客服微信：13310830171。

集成式隔离数据和电源解决方案不仅简化了电路板设计，减少了变压器和其他元件的安装需求，还加快了产品的上市速度。尽管分立式解决方案可能在某些情况下提供更高的效率和更低的辐射发射，但集成式方案的优势在于节省空间和简化认证过程。

结论

总之，为数字隔离器选择合适的电源方案是确保系统稳定性和可靠性的重要步骤。无论是采用分立式设计还是集成式解决方案，都需要根据具体应用的需求来做出最佳选择。通过仔细分析电源要求并选择适当的电源拓扑，工程师可以确保数字隔离器在其应用中发挥最佳性能，同时满足系统的安全性和合规性要求。未来，随着技术的进步，更多的创新解决方案将继续推动这一领域的进步和发展。