什么是电气隔离？

在硬件电路设计中，“隔离”（Isolation）通常指的是电气隔离（Galvanic Isolation）。简单来说，就是让两个电路之间在物理上没有直接的电流回路，但依然能够交换信息或能量。

就像在两座山之间修了一座“吊桥”，信息（行人）可以过去，但山体（地基）是完全断开的。

1. 为什么要隔离？（核心目的）

电路设计中引入隔离，通常是为了解决以下三个核心问题：

• 保护人身安全（防触电）： 这是最关键的原因。将高压部分（如 220V 市电）与用户可以触摸到的低压部分（如手机充电头输出口）隔离开，防止高压击穿电路直接作用于人体。
• 保护昂贵的设备： 工业现场往往有数千伏的瞬态浪涌或尖峰电压。如果没有隔离，这些高压会顺着信号线烧毁后端的微控制器（MCU）或主板。
• 抑制噪声和消除地环路： 不同的电路模块可能连接在不同的“地”上。如果直接连接，地电位差会产生电流（地环路），引入巨大的电磁干扰。隔离可以切断这个环路，让信号更干净。

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2. 隔离的具体实现方式

根据传输媒介的不同，常见的隔离技术分为以下三类：

A. 光隔离（Optical Isolation）

利用光作为媒介。输入端电流驱动 LED 发光，输出端的光敏三极管接收光并转回电流。

• 例子： 光耦（Optocoupler）。
• 特点： 抗电磁干扰能力极强，但传输速度相对较慢（kHz 到 MHz 级别）。

B. 磁隔离（Magnetic Isolation）

利用磁场耦合。原理类似变压器，通过初级线圈产生磁场，次级线圈感应电压。

• 例子： 数字隔离器（如 ADUM 系列）、网络变压器。
• 特点： 传输速度极快（可达数百 Mbps），效率高。

C. 电容隔离（Capacitive Isolation）

利用电场变化。信号通过一个能耐高压的微型电容进行高频调制传输。

• 例子： TI 的数字隔离芯片（如 ISO77xx 系列）。
• 特点： 功耗低，集成度高。

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3. 生活与工程中的具体例子

场景	隔离应用	隔离的作用
手机充电器	开关电源里的高频变压器	将 220V 交流高压与输出的 5V 安全直流电物理隔开。
电脑网口	接口后面的网络变压器	隔离网线上的静电和杂散电压，保护电脑主板不被烧毁。
工业电机控制	隔离驱动器（Gate Driver）	MCU 输出 3.3V 信号控制 600V 的大功率 IGBT，保护 MCU 不被高压反窜。
USB 隔离器	专用的 USB 隔离芯片	医疗设备（如心电图机）连接电脑时，防止电脑的电噪声通过 USB 干扰传感器采集微弱的心跳信号。

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总结

隔离就是为了**“既要说悄悄话（传信号），又不能手拉手（通电流）”**。在设计高压系统、医疗器械或工业自动化电路时，隔离几乎是强制性的设计要求。