TI把增强型隔离器的效率提升80%，是如何做到的？

　　近日，德州仪器(TI)推出一款具有集成电源的新型单芯片增强型隔离器，其效率比现有集成器件高出80%。相较于分立式解决方案，ISOW7841集成有隔离数据和电源，可减少物料清单(BOM)和电路板空间，并有助于简化和加快系统认证。

　　在上海的TI新闻发布会上，TI隔离器全球市场经理Gina Hann向电子产品世界的编辑介绍了隔离器的历史、特点及如何实现了高集成度。

　　是集成度更高的第三代隔离器产品

　　隔离器经历了三代发展。第一代通常是光耦隔离，用变压器进行AC-AC隔离。第二代是数字型隔离器：既可以用来做电源隔离，也可以做信号隔离。最新的第三代是增强型隔离器，它相对于前一代产品做了一个基本绝缘，例如基本绝缘的隔离电压等级是3000V，增强型要做到6000V以上，甚至10000V浪涌的电压。

　　以TI来说，1997年起就专注于隔离器，2001年发布第一代产品，2008年发布第二代产品，2014年推出第三代隔离器。

　　TI此次推出的ISOW7841是一款具有集成电源的新型单芯片增强型隔离器，兼具更低辐射和更高转换效率。

　　集成度高在哪儿?

　　隔离是一种屏障和保护，是阻隔系统的两个部分之间的DC和不期望的AC的一种手段，同时仍然能够实现这两个部分之间的数据和电力传输。

　　强化隔离有助于保护操作人员和低压电路免受高压影响，提高抗噪声能力，以及处理通信子系统之间的接地电位差。

　　产生隔离电源的传统方法是使用DC/DC转换器，以在反激式、飞降或推挽式拓扑中驱动变压器，但这种方法增加了设计的额外空间和成本，如图1所示。

图1 经典的工业隔离数据通讯的方案

　　图1是经典的工业用隔离数据通讯的解决方案：隔离屏障的两边都必须要有电源，即系统(上图)和信号(下图)两边，这时就要用到DC/DC 转换器、变压器及LDO等。特点是两边的信号都需要隔离，要提供相应的隔离电源，整个线路看起来比较复杂。

　　图2是TI此次提供的解决方案。

　　图2 图中虚线处，是TI ISOW7841集成的部分

　　可见从信号隔离到电源隔离是一个集成的解决方案。这样可以减少BOM(物料清单)和PCB(印制板)的尺寸;同时，因为集成在一个器件中，更容易进行系统认证。同时，因为器件的减少带来系统的稳定性，所以TI推出的具有集成电源的增强型隔离器解决方案，提供更高效的传输速率和更低的辐射，同时也输出最大功率，提高整个系统的稳定性。

　　图3 ISOW7841的内部框图

　　该方案可以用于多种工业场景：工厂自动化、电网基础设施、电机控制、隔离电源、测试测量等。

　　热门问答

　　问：ISOW7841采用的是什么隔离技术?

　　答：是电容隔离技术。电容隔离技术可以更好地做到更高的绝缘隔离电压，传输的效率也是可以做到更高，并且可以做到非常低的对外辐射。

　　同时，TI还提供产品技术白皮书，解密电容隔离器内部的架构、中间的隔离带是如何做的，以达到如此高的隔离电压的等级及更高的传输效率。大家可以在TI官网上查询更多资料。

　　问：通过什么方式降低了外界噪声的影响?

　　答：现在确实有很多不同的技术能够做到抗干扰性，TI采用的是开关型技术，采样持续性的信号。TI的信号是持续的采电平，可以更方便稳定的去采，如果电平是高，就一直是高，如果是低的话，就是低。这样确保采集的信号是非常准确的，即使在外部有很强噪声干扰的情况下，我们首先要保证采集的信号是对的。

　　问：ISOW7841在做到抗干扰性的同时，如何如何实现了低辐射?

　　答：采用了展频技术。展频是频谱的扩散。通常我们看到的频谱是正态分布的尖峰。而采用展频的技术，我们把整个频谱进行扩展，将其变成一个平台型，整体往下平移，这样我们就可以做到10DB的优势。我们把整个频谱的分布往下压，压低了10DB，这样采用展频的技术可以提供更低的EMI(电磁干扰)对外辐射能力。

　　问：ISOW7841的隔离通道是三个正向，一个反向，这基于什么原因考虑的?

　　答：ISOW7841采用四个隔离通道架构是有很大的需求量，同时ISOW7841是这一产品系列中推出的第一款产品，以后还会定义两进、两出、两反向的，还有其他的通道数，整个产品系列会更加的丰富而全面。所以，之后会有越来越多的像ISOW7841这样高性能的产品推出，敬请期待。

　　问：ISOW7841不仅是信号的隔离，也是电源的隔离。但在电源部分，可以看到有变压器;DC/DC也有电感，都集成在芯片里了。那么，变压器在集成过程中，采用什么样的先进技术能够实现比较好的抗干扰能力?

　　答：在内部设计时，会有不同的技术做成DC/DC转换器，有些是电感型的。总体来说它是一个变压器，实现电压的转换。

　　TI是把线圈型做成变压器并设计到电路板上。

　　点评

　　现在大家都在做第三代增强型隔离器。TI的ISOW7841把信号的隔离和电源的隔离都做在一起，即把强电和弱电做在一起，确实很少见。

　　另一个亮点是数字耦合。为了取代光耦，TI的数字隔离一直坚持采用电容耦合，但现在多家公司在做磁耦。TI解释道，光耦需要每年校正，寿命有限，反应有延迟，而电容耦合克服了光耦的缺点。但TI并未对磁耦进行评论。