为什么电路设计需要考虑电气隔离？

　　凡是涉及到AC-DC或中高电压DC-DC电源转换的电子电路，都需要电气隔离。电气隔离是指在电路中避免电流在两个区域之间流通，确保没有实际的电气连接，它主要有两方面的作用：

　　保障人员和设备的安全：电气隔离可以使一个系统上两个电路之间保持独立，比如一个电路是强电电路，另一个是弱电电路，如果没有进行电气隔离，一旦发生故障，强电电路的电流直接流到弱电电路，那将会对人员造成触电的伤害，或对电路及设备造成损害。

　　提高电路的抗干扰能力：电气隔离可以去除两个电路之间的接地环路，可以阻断共模、浪涌等干扰信号的传播，让电子系统具有更高的安全性和可靠性。

　　电子工程师在进行电路设计时，有很多隔离方案可供选择，比如变压器和继电器等。但最有效和常用的隔离器件还是光电耦合器与数字隔离器。

　　光电耦合器：光电耦合器也叫光电隔离器，简称光耦，由发光源和受光器两部分组成，组装在同一个封闭的空间内。

　　数字隔离器：近些年发展起来的数字隔离器基于CMOS工艺，可为电子系统中数字和模拟信号的传递提供很好的电阻隔离特性。

　　作为专门的电气隔离器件，光耦和数字隔离器已经广泛应用在各个领域的电气和电子系统设计中。本文将主要讲述这两类器件的优缺点及其应用方案。

　　数字隔离的优点和缺点

　　直至1990年代后期，光耦基本上是市场上**的解决方案。由于光耦合器使用来自LED的光通过隔离屏障传输数据，因此在数据传输应用中，LED打开时为逻辑高电平（Logic HIGH），而关闭时为逻辑低电平（Logic LOW），这意味着在传输的过程中会持续产生功秏。然而，以CMOS为基础的数字隔离器使用电感（磁性）或电容耦合来传输讯号，有较快速的传输响应，可以利用编码来表达逻辑高电平和逻辑低电平。因此数字隔离器能在长时间的高电平下减少功秏，同时能够处理复杂的双向接口，如485和I2C。

　　采用数字隔离器替代光耦具有如下好处：

　　提高数据速率和时序特性

　　集成多个隔离通道和其它功能，可缩小尺寸、降低成本

　　功耗比光耦节省高达90%

　　连接其它数字器件所需的外部元件最少

　　无需光耦所用的LED，提高可靠性

　　此外，数字隔离器有较佳的共模瞬态抗扰度(Common Mode Transient Immunity，CMTI)性能。CMTI对隔离效果非常重要，因为高摆率（高频率）瞬变可能会破坏隔离栅之间的数据传输。CMTI通常以千微伏每微秒（kV/us）为单位进行测量，指的是隔离器介于输入和输出之间拒绝噪声的能力。高CMTI意味着较强的隔离能力，数字隔离器的CMTI可达200kV/us，而光耦合器普遍较低。

　　隔离应用在工业领域最为常见，例如工厂自动化、流程控制、PLC或可编程自动化控制器（PAC）、马达驱动控制和不间断电源（UPS）等设备。工业自动化是隔离器的**市场，工业系统设计者们非常重视CMOS隔离器所带来的好处，比如高温环境操作、优异的组件匹配性、减少偏移和高耐噪性等。

　　对于隔离式开关电源，传统的误差放大器大多采用光耦方案，光耦反馈可以应对绝大多数电源应用场景，但该方案有其局限性——电源光耦反馈模块工作温度通常不超过100℃，传输特性相对较慢，传输延时会随时间增加而变长，环路响应慢。此外，在工业应用场景，光耦反馈方案精度较为一般。纳芯微基于电容隔离技术研发出高可靠性隔离误差放大器NSi3190，它具有高带宽、高精度、高可靠性等特性，可满足汽车级工作温度要求（−40°C~+125˚C）。这种隔离器能够在单芯片上同时支持电压型输出和电流型输出，可完美替代传统的光电耦合器方案。

　　先进光半导体由南方先进联合日本归国华侨杨振林博士团队合资成立，以南方先进为主要投资方、杨博士团队为技术核心的一家专业从事光电器件、光耦合器、光耦继电器等光电集成电路以及光电驱动等产品，研发团队涵盖设计、制造、销售和服务的高新技术企业，先进光半导体拥有先进的光电器件全自动生产线，具有年产8000万只光电光耦器件的生产能力。现阶段先进光半导体的光耦继电器、光耦合器等主要产品用于：蓄电系统．智能电表．自动检测设备．电信设备．测量仪器．医疗设备．通信设备．PC端．安防监控．O/A设备．PLC控制器．I/O控制板等，依托于光半导体综合的设计技术和芯片制造技术优势，先进光半导体期望在有广阔发展前景的光电控制领域深耕，逐步提升产品的技术附加值，扩充技术含量更高的产品线。