电气隔离（Electrical Isolation）详解1. 基本定义电气隔离是指通过物理或电气手段，将两个或多个电路之间的直接导电路径切断，确保电流或电压无法直接传递，同时允许信号或能量的受控传输。其目的是：
安全防护：防止高压、漏电或故障电流危及人员或设备。
抗干扰：阻断地环路噪声、共模干扰等。
电平转换：实现不同电压域之间的信号传递（如5V MCU控制220V负载）。
2. 电气隔离的关键需求
场景隔离目的高压系统防止触电（如医疗设备、工业电网）。混合电压电路隔离MCU（低电压）与功率器件（高电压），如电机驱动。长距离通信消除地电位差导致的噪声（如RS-485、CAN总线）。敏感测量系统保护ADC/DAC免受电源噪声干扰（如电子秤、传感器信号链）。
3. 主流电气隔离方法（1）物理隔离空间隔离：
通过空气或绝缘距离阻断导电（如高压线间距、PCB爬电距离设计）。
标准参考：IEC 60601（医疗设备）、IEC 60950（信息技术设备）规定间隙和爬电距离。
绝缘材料隔离：
使用塑料、陶瓷、玻璃等绝缘体隔离导体（如变压器绕组间的绝缘胶带）。
（2）磁隔离（变压器耦合）原理：利用磁场传递能量或信号，原副边无电气连接。
应用：
功率隔离：AC-DC电源中的隔离变压器（如反激式拓扑）。
信号隔离：数字隔离器（如ADI的iCoupler技术）。
特点：
支持高频信号（MHz级）。
可传输功率（瓦级至千瓦级）。
（3）光隔离（光耦）原理：LED发光→光电晶体管接收，通过光传输信号。
典型器件：
普通光耦（如PC817）：低速开关信号（kHz级）。
高速光耦（如6N137）：支持MBps级数据传输。
优缺点：
优点：成本低，隔离电压高（可达5kV）。
缺点：速度受限，LED老化影响寿命。
（4）电容隔离原理：通过高频信号耦合电容传递信号，直流成分被阻断。
应用：
数字隔离芯片（如TI的ISO7740）。
射频信号隔离（如CMOS开关隔离）。
特点：
高速（可达100Mbps）、低功耗。
对高频噪声敏感，需屏蔽设计。
（5）射频（RF）隔离原理：利用电磁波无线传输信号（如微波、射频模块）。
应用：
无线充电（Qi标准）。
非接触式传感器（如射频标签RFID）。
（6）机械继电器隔离原理：通过触点物理通断实现隔离。
类型：
电磁继电器：线圈驱动机械触点（隔离电压高，但速度慢）。
固态继电器（SSR）：光耦+半导体开关（无触点，寿命长）。
4. 隔离性能关键参数
参数说明隔离电压可承受的瞬时电压（如2500Vrms/min）。工作电压长期安全运行的电压（如400V DC）。爬电距离沿绝缘表面短导电路径（如PCB上≥8mm/kV）。共模瞬态抗扰度（CMTI）抵抗高压瞬态干扰的能力（如kV/μs）。
5. 典型应用方案电机驱动：光耦隔离（PWM信号） + 磁隔离（栅极驱动电源） + 空间隔离（高压PCB布局）。
医疗设备：变压器隔离（DC-DC电源） + 电容隔离（ECG信号传输）。
工业通信：数字隔离器（CAN收发器） + 磁耦隔离（RS-485）。
6. 选型要点安全标准：符合IEC/UL（如IEC 60747-5-5对光耦的要求）。
速度需求：低速控制（光耦）vs 高速数据（电容隔离）。
集成度：独立光耦 vs 多通道数字隔离芯片（如ISO7740）。
成本：光耦＜磁隔离＜电容隔离。
总结电气隔离是保障系统安全和信号完整性的技术，方法需根据电压等级、信号类型、速度及成本综合选择：
低成本低速：光耦（如开关控制）。
高速数据：电容/磁隔离芯片（如SPI通信）。
高功率传输：变压器（如电源模块）。设计时需严格计算隔离电压、爬电距离，并通过安规测试（如耐压测试、绝缘电阻测试）。
关键词：电气隔离