隔離模塊應用于各類復雜的工業環境中，以提升總線的抗干擾能力，但設備接口可能會采用端子與外部連接，可能會在安裝、維修過程中有靜電等能量輸入，從而導致隔離模塊損壞。那么該如何避免這樣的問題呢？本文為你揭秘。

帶隔離通信接口的設備，在不同的使用、安裝狀態下，接口會表現出完全不同的ESD特性，了解設備在不同的使用狀態下，ESD對接口的影響的機理，才能有針對性地增加保護器件，提升隔離接口的ESD能力。下面以帶有隔離CAN或RS-485通信接口為例，對常見的設備狀態下，ESD的作用機理進行分析，并提出相應的改善措施。

一、設備控制側有接保護地，總線側懸空

如圖1，此狀態下，設備控制側有接入保護地（PE），總線側參考地懸空，與PE無任何連接。

圖 1

此狀態出現的可能場景：

產品開發測試過程中；

單個產品進行ESD測試時；

設備組網時，控制側已接入保護地，正在進行總線接入或斷開操作時；

設備組網后，總線側未進行接地處理的。

靜電分析：

假設控制側均做了足夠的保護措施，當控制側接口受到靜電放電時，能量通過控制側保護器泄放至PE，對隔離通信接口基本無影響，如圖 2。

圖 2

當總線接口受到靜電放電時，由于總線側懸空，能量只能通過隔離柵的等效電容Ciso進行泄放，由于Ciso非常小，僅有幾皮法至十幾皮法，Ciso被迅速充電，兩端電壓Viso會非常高，幾乎等同于放電電壓，如圖 3。電壓全部施加在隔離接口模塊的隔離柵，若電壓超出了隔離柵的電壓承受范圍，則會導致內部隔離柵損壞。

圖 3

對于一般的隔離接口模塊，隔離柵可承受的靜電放電電壓只有4kV，對于更高等級的6kV或8kV的靜電來說是非常脆弱的，極易出現損壞情況。

改善方法：

為了減輕隔離柵的壓力，可以在隔離柵兩邊增加一個電容Cp， 為靜電能量提供一個低阻抗的路徑。如圖 4，總線側的靜電能量大部分通過此電容泄放至PE，并可以有效降低隔離柵兩側電壓，從而起到保護隔離接口模塊的作用。

圖 4

為了達到良好效果，Cp容值應遠大于Ciso，建議取100pF~1000pF之間。若無安規要求，可與Cp并聯一個大阻值泄放電阻，如1M，以防靜電積累；若有安規要求，一般需要去除泄放電阻，同時選擇安規電容。器件選擇時，注意阻容耐壓需要滿足設備指標要求。

二、設備控制側懸空，總線側有接保護地

如圖 5，此狀態下，設備控制側參考地懸空，與PE無任何連接，總線側有接入保護地（PE）。

圖 5

此狀態出現的可能場景：

產品開發測試過程中；

單個產品進行ESD測試時；

設備組網時，總線側先接地，控制側未接地時；

設備組網后，控制側未進行接地處理的。

靜電分析：

類似的，當控制側接口受到靜電放電時，由于控制側懸空，能量只能通過隔離柵的等效電容Ciso進行泄放，由于Ciso非常小，兩端電壓Viso會非常高，如圖 6。電壓全部施加在隔離接口模塊的隔離柵，若電壓超出了隔離柵的電壓承受范圍，則會導致內部隔離柵損壞。

圖 6

當總線側接口受到靜電放電時，靜電能量通過隔離接口模塊內部總線側器件泄放至PE，如圖 7。若ESD能量超出了接口模塊內部總線側器件的ESD抗擾能力，總線接口則可能損壞。

圖 7

改善方法：

類似的，在隔離柵并聯增加一個電容Cp，可以為來自控制側的靜電能量提供一個低阻抗的路徑。如圖 8，控制側的靜電能量大部分通過此電容泄放至PE，從而起到保護隔離接口模塊的作用。若無安規要求，可與Cp并聯一個大阻值泄放電阻，如1M，以防靜電積累。

圖 8

對于總線側的靜電，可以在總線側增加高等級ESD防護器件（如TVS管），靜電能量會通過防護器件泄放至PE，由此來提高總線側的靜電能力，如圖 9。TVS選型時需注意，其導通電壓必須小于隔離接口可承受的最大電壓，同時大于信號電壓；在通信速率高、或節點數較多時，也需要注意盡量選取等效電容小的器件，以免影響總線正常通信。

圖 9

三、設備控制側、總線側均有接保護地

如圖 10，此狀態下，設備控制側、總線側都通過一定方式接入保護地（PE）。

圖 10

狀態出現的可能場景：

設備自身接PE，總線組網后單點接PE。

靜電分析：

當控制側接口受到靜電放電時，能量通過控制側保護器泄放至PE1，對隔離通信接口基本無影響，如圖 11。

圖 11

當總線側接口受到靜電放電時，靜電能量通過隔離接口模塊內部總線側器件泄放至PE2，如圖 12。若ESD能量超出了接口模塊內部總線側器件的ESD抗擾能力，總線接口則可能損壞。

圖 12

改善方法：

在總線側增加高等級ESD防護器件（如TVS管），靜電能量會通過防護器件泄放至PE2，由此來提高總線側的靜電能力，如圖 13。

圖 13

推薦的實際應用電路

為了滿足上述提到的三種設備狀態下，隔離接口模塊均得到有效的靜電保護，建議進行隔離接口設計時，參考圖 14所示電路，增加Cp、Rp以及TVS，提高隔離接口的ESD抗擾能力。注意，若產品有安規要求，如需要進行耐壓測試、絕緣電阻測試，則不能增加Rp電阻。

由于設備實際應用中會存在各種不同的狀態，對于與上述描述不同的情況，也可按以上的方法進行分析，并有針對性的增加保護器件，從而達到提升ESD抗擾能力的作用。

圖 14

圖 15 CTM1051(A)HP的EMC性能