在惡劣的電機應用環境中，應用要求能夠抵御高壓瞬變，防止數據受擾，并且消除高壓電壓力對隔離器隔離壽命的影響。此類應用的典型隔離解決方案是光耦合器，其內部絕緣層很厚，可以承受高壓，但缺點是要使用發光二極管(LED)，其光強度會隨著時間推移和溫度變化而降低，這就會帶來設計和可靠性問題。

新型數字隔離器不使用LED，消除了可靠性問題，改善了絕緣能力，可與光耦合器相媲美，除此之外，它們的優勢是對高壓瞬變的抗擾度更強，能夠更好地滿足電機控制應用的要求。

認識數字隔離器，從基本框架開始

數字隔離器結構和技術如圖1中的示例框圖所示。根據具體架構，數字隔離器響應輸入邏輯電平或輸入脈沖?？墒褂貌煌椒ň幋a和解碼信號，以便跨越隔離柵收發邏輯數據。

圖1. 數字隔離器框圖

脈沖編碼技術如圖2所示，其優點是當編碼和解碼脈沖之間的時間較長時，低數據速率下消耗的電源電流較低。

圖2. 數字隔離器：脈沖編碼數據架構

載波技術如圖3所示，即所謂開關鍵控(OOK)，其在低數據速率時消耗的電流多于脈沖編碼方法。在較高數據速率(10 Mbps以上)時，OOK方法消耗的電源電流少于脈沖編碼技術。OOK技術相比于脈沖編碼技術的優勢在于，OOK技術的邏輯更簡單，故而傳播延遲更低，最大數據速率更高。

圖3. 數字隔離器：開關鍵控數據架構

脈沖編碼技術的缺點是：如果外部噪聲擾亂了輸出數據，這種狀況會持續一微秒或更長時間，直至內部糾錯邏輯糾正錯誤或出現新的數據沿。對于電機控制應用，這可能意味著柵極驅動器開關或反饋控制信號會在一定時間內失控，該時間足夠長，以至于開關電路或電機驅動可能受損。利用OOK技術，如果電壓瞬變擾亂數據，這種擾亂只會在噪聲出現的短暫時間內干擾數據輸出，因為信號是被持久不變地驅動的。此外，由于架構較簡單，OOK數字隔離器可以設計得非常魯棒，不懼電機控制應用中的電氣噪聲。

數字隔離器的抗擾度如何？

在大型電機應用中，當電機控制開關電路在橋電壓中產生步進變化時，隔離柵上的共模電壓變化可能會產生噪聲。隔離器耐受此高壓擺率電壓瞬變且隔離器輸出不受干擾的能力，便是共模瞬變抗擾度(CMTI)。光耦合器的CMTI可能不是很高，因為其接收元件非常敏感，易受容性耦合效應影響。光耦合器的容性耦合是一種單端結構，信號和噪聲只有一條路徑跨越隔離柵。這就要求信號頻率必須遠高于預期的噪聲頻率，以便隔離柵電容對信號提供低阻抗，而對噪聲提供高阻抗。當電機控制信號頻率較低時(通常低于16 kHz)，共模瞬變的高頻成分會高于信號頻率，其幅度可能足以擾亂光耦合器輸出。

考察圖4所示的基于變壓器的數字隔離器，變壓器有一個差分輸入結構，其為輸入信號和噪聲提供了不同的傳輸路徑，因此必然具有更大的共模噪聲抗擾度，而且不存在光耦合器要求信號頻率高于噪聲頻率的限制。改進的電氣噪聲抗擾度使得器件能在高噪聲環境下可靠地工作。

圖4. 變壓器耦合數字隔離器框圖

圖5顯示了電機控制開關期間共模瞬變的高橋電壓和快速dV/dt的開關噪聲，數字隔離器必須能抵抗這種干擾。

圖5. 電機控制應用中的共模瞬變dV/dt

示波器波形顯示，對于開關鍵控架構的變壓器耦合數字隔離器，要擾亂數據，從GND2到GND1的快速共模瞬變(CMT)須高于150 kV/μs，而且隔離器輸出受擾亂的時間非常之短，只有區區3 ns。實現超高CMTI的關鍵在于發送器必須不斷產生差分載波信號，并且接收器必須具有很高的輸入共模變化抗擾度。

必須關注的浪涌保護能力

電機控制應用中可能出現高壓瞬變或浪涌，此類浪涌的峰值可能超過10,000 V，而上升時間僅有1.2 μs。光耦合器通過很厚的內部絕緣層來滿足浪涌保護要求。對于采用二氧化硅的數字隔離器，為使內部應力不致引起裂縫，可制成的絕緣厚度是有限制的。采用聚酰亞胺的數字隔離器絕緣可以改善浪涌保護能力，分為多層制造且總厚度為30 μm的聚酰亞胺絕緣業已證明非常有效。在圖6中，30 μm聚酰亞胺的浪涌測試結果表明它非常魯棒，可以耐受±20 kV峰值。