日前，德州儀器（TI）舉辦2018全新隔離解決方案強化系統運行媒體說明會，會上，德州儀器隔離器產品線產品市場工程師 Neel Seshan 先生，半導體事業部中國區汽車電子技術應用經理師英先生介紹了兩款較新發布的隔離器產品——ISO224 與 ISO1042。較新的隔離解決方案系列采用電容隔離技術，將創新技術優勢投入市場應用，從而加速工業自動化和汽車系統的可靠性。

 

隔離需求及市場趨勢

作為嵌入式處理器和模擬半導體的行業領導者，德州儀器致力于通過隔離解決方案實現強大而可靠的系統運行，其電容隔離技術具有業內較高的隔離等級和較長的壽命周期可靠性。

Neel Seshan解釋說，隔離是系統進步的需求，包括保證高壓系統中的穩定、在惡劣環境下可靠和小尺寸封裝和系統尺寸。他表示，眾所周知，在傳輸功率時，功率是電壓和電流的乘積，為了傳輸更高功率有兩個辦法，一是提高電壓，二是增大電流。增大電流對于導線有更高的要求，一般越大的電流需要越小的傳輸電阻，這種情況之下，只能加粗銅線的截面積，整合系統的成本就會明顯上升。考慮到傳輸更大功率，提高電壓是在電氣或成本上比較容易實現的方法，因此為了低壓側的安全，就需要加入隔離措施。需要隔離的系統包括工廠自動化、電網基礎設施、電機驅動、樓宇自動化、工業運輸和汽車 (OBC, BMS) 。

隔離的第一個例子是，在工廠自動化領域現場可編程控制器PLC是很典型的設備，在PLC操作場景之下，往往信號和通信的傳輸采用典型的24V系統，而核心的電子元器件一般是在5V電壓下工作。在24V和5V之間通信需要放入一個隔離器件，來實現不同電平水平之間的通信。

第二個例子是電網基礎設施應用場景里常見的電壓很高的設備，比如馬達在600多伏的電壓水平工作，控制板經常會放在離馬達非常遠的地方，中間有很長的通訊和控制電纜把兩端連接起來。馬達和控制板、驅動板之間的線纜和參考電平形成地線回路，會產生很大噪聲干擾通信的可靠性。這時需要隔離器件把兩端隔離開，切斷地線回路，把現場噪聲干擾降低到較小。

其他應用場景的例子包括智能化建筑、辦公室自動化應用場景里的電梯，在按電梯的呼叫板和電梯主控之間也會有很長的電纜來通信，這種情況之下同樣需要隔離，電梯通信典型運行方式是用CAN總線，為了消除現場噪聲會采用CAN+隔離或隔離+CAN來實現高可靠性，需要用到隔離器件。

工業交通，一般指地鐵、高鐵、輕軌這些非汽車交通設施或交通工具。這種場景下，車廂內部，車廂和車廂之間也有很多通訊，可能是I2C、RS-485或CAN總線，為了保證高可靠性，同樣需要隔離器件。

汽車領域中，傳統汽車都是12V的電氣系統，隨著新能源車這些年快速增長，在新能源汽車里會額外引入兩種更高的電壓48V和400V，未來可能會有800V的電壓出現。在12V、48V、400V子系統之間實現可靠性通信也要加入隔離。

總之，隔離是阻止系統兩個部分之間的直流和不需要的交流的一種手段，同時仍然能夠實現這兩個部分之間的數據和功率傳輸。隔離可用于保護操作人員和低壓電路免受高壓影響，處理通信子系統之間的接地電位差，以及 提高抗噪能力。

 

 

德州儀器的電容隔離技術

Neel Seshan說，現在市場上比較常見的隔離技術有很多種，較常見的有光電隔離，解決大家所熟知的光耦，二是變壓器隔離，也是很常見的隔離技術。TI采用的技術是電容性的隔離，電容性的隔離里，所使用的核心材料是二氧化硅。之所以采用這個技術，是因為二氧化硅本身具有較高的介電強度；第二個數值是光電隔離器件所使用材料的介電強度是20Vrms/μm；倒數第二行是變壓器所使用的材料介電強度300Vrms/μm；較后一行是我們這個技術使用的技術材料二氧化硅的介電強度500Vrms/μm。

德州儀器在光電隔離和變壓器隔離里所使用的材料是有機材料，有機材料對于外界環境因素變化有敏感性，較常見的是濕度和溫度。當濕度和溫度變化的時候，它的介電強度會隨之發生變化，所以，在外界環境變化的時候有機材料的性能不如TI使用的技術穩定。二氧化硅就是玻璃，對于溫度和濕度的變化影響非常小，非常穩定，這也是TI使用這個技術的主要原因。

 

 

德州儀器隔離技術將給電子技術系統設計帶來以下好處：一是可靠的電機隔離可以使電子系統有更長的使用壽命；二是在聲環境下的高可靠性運作，也是該技術的主要優勢之一，在非常嘈雜的環境之下可以大幅提升性能的隔離中繼；三是在器件很多的情況下，當其他電子元器件集成了剛才所談的隔離技術之后，就會有更多功能。這就是ISO224和ISO1042集成隔離技術的集成功能芯片。

 

創新產品

第一個新產品是ISO224，作為業內較高精度的增強型隔離放大器，它具有高的可靠性、較強的性能以及更為小巧的尺寸等出色優勢，可廣泛應用于工廠自動化與控制、電網基礎設施、鐵路運輸及電機驅動等工業領域。

 

 

ISO224 是一款精密的隔離放大器，其輸出與輸入電路由抗電磁干擾性能極強的隔離柵隔開。該隔離柵經認證，可提供高達 5kV_RMS 的增強型電隔離，使用壽命極長，功率耗散較低。與隔離式電源結合使用時，該器件可將以不同共模電壓電平運行的系統的各器件隔開，并防止較低電壓器件損壞。

ISO224 的輸入專門針對精確檢測 ±10V 信號進行了優化，該信號在工業應用當中十分 普遍。該器件由高側單電源供電運行。此獨有的特性可簡化隔離式電源的設計，降低系統成本。集成的高側電源電壓檢測功能可簡化系統級診斷。ISO224 的 ±4V 輸出可支持使用更低成本的模數轉換器 (ADC)。輸出的差分結構具有更強的抗噪性能。

另一個新產品是ISO1042，它是一款具有 70V 總線故障保護功能和靈活數據速率的隔離式 CAN FD 收發器，業內較強的抗干擾性和較低的輻射使它在工業和汽車領域大有可為，不僅支持 ISO 的應用領域，還涵蓋了樓宇自動化和混合動力汽車、電動汽車等應用。

據介紹，兩款新型隔離式控制器局域網（CAN）靈活數據速率（FD）收發器將業內更高總線故障保護、更高共模瞬變抗擾度（CMTI）和更低電磁輻射于一身，尺寸縮小35%。ISO1042和ISO1042-Q1具有比同類產品更高的工作電壓、比傳統CAN標準更快的通信速度，可幫助工程師更好地保護低壓電路，并提高工業應用（如電網基礎設施、電機驅動和樓宇自動化）及混合動力汽車和純電動汽車（HEV/EV）的通信吞吐量。

 

 

TI ISO1042 和ISO1042-Q1隔離式CAN FD收發器的主要特性和優勢包括：更高工作電壓，ISO1042和ISO1042-Q1的工作電壓為1,000Vrms（提高了18%），耐受電壓為5,000Vrms，具有更長的使用壽命，從而有效提高了系統可靠性；增強設備保護，ISO1042和ISO1042-Q1具有±70V的高總線故障保護，對DC短路裕度提高了20%，可在發生高壓短路時保護12V、24V和48V電池或電源系統。

此外，TI ISO1042 和ISO1042-Q1具有業內領先的抗擾度和輻射、更強的抗電磁干擾性能，其共模瞬變抗擾度（CMTI）為85kV/us（較低值），具有+/-8kV的高ESD保護性能，采用國際電工委員會（IEC）測試標準，可幫助工程師設計出能夠在嘈雜環境下保持正常運行的電子設備；更低EMC輻射，ISO1042和ISO1042-Q1 具有業內更低的電磁兼容性（EMC）輻射，從而有效保證系統信號的完整性。ISO1042-Q1 符合汽車行業標準（IEC TS62228），可實現穩健的EMC。

 

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