为什么云被隔离了

作者：Nagarajan Sridhar，TI公司

在当今计算机时代，对信息传输和检索的需求无处不在。无论是在杂货店排队结账或是等待火车时，我们都会使用智能手机浏览社交媒体、发送短信或邮件。但是您是否想过这些信息从何而来？答案是云——实现全球实时连接的主力军。云需要隔离的原因是：像音乐播放单和视频数据，信息的检索和储存过程是在后台进行的，且要求高电量支持。

但是，首先，我们要知道云的物理位置处于数据中心。光纤、同轴电缆或无线通信基站和数据中心进行信息双向传输。

现在，让我们一层一层详细分析云，看一下云内部是什么。第一层是供电单元，通常称为电源。为什么电源如此重要？因为所有的信息都存储在被称为云服务器的服务器中，而服务器需要电来存储和为客户检索信息。供电单元的功率范围在几百至几千瓦之间。服务器独立于电网运行，其交流电压范围为几百至几千伏，因此被认定为高压单元。

由于供电单元的高压和高电量，确保人员安全是不容忽视的。服务器系统有用于电压调节、通信和人机接口（HMI）的控制器等低压单元。在云操作中，人员通过HMI与服务器进行交互。任何故障和从高压单元向HMI的漏电都会对人员造成致命伤害，还会损坏所有电压元件。那应如何保护人员和低压单元不受此类故障的影响呢？

答案是隔离。半导体集成电路隔离设备使数据和电力在高压和低压单元之间顺利传输，同时防止雷击等危险性直流或来自电网的不受控制的瞬态电流。

但是，人们需要更多的信息。从在机场或餐厅等拥挤的地方观看视频到听最喜欢的音乐，人们对信息的需求只增不减。不仅如此，人们还希望能即时获取信息。随着数据需求的不断增长，云变得越来越大，因此电力输送系统的电量供应需求也与日俱增。但是云的存储容量是有限的，而扩大容量非常昂贵且不合算。

有两种方案可以同时满足安全要求和增长的信息需求：增加功率密度和提供鲁棒隔离。为了增加功率密度，需要大幅提高电源效率，以及电源传输速率（称为开关频率，单位为kHz），这样可以使电源单元尺寸更小。为了提供鲁棒隔离，需要确保隔离器是系统的组成部分，通过将高速栅极驱动器等关键电源元件与隔离器集成在一起，可以节省电源主板空间。这就是隔离式栅极驱动器。

电源单元中采用UCC21520这类驱动器可以帮助服务供应商提高数据中心和基站的性能，在相同物理空间的条件下获得越来越高的处理能力。电源通常由生产商于外部开发制造，然后向数据中心客户提供这些电源单元；而数据中心则向客户出租一部分云空间。现在您应当明白“为什么云被隔离了”的真正含义。由于涉及到高电量和高压，云在后台运行并且由隔离进行防护。

如果您在寻求为云服务器等空间有限的高性能应用提供鲁棒隔离和更高的功率密度，不妨考虑TI的UCC21520等增强隔离式栅极驱动器。本系列的下一篇文章将讨论例如太阳能逆变器、电动汽车、混合动力汽车与医疗设备等其他对功率密度和鲁棒隔离要求非常高的高性能应用。

查看TI的栅极驱动器产品组合与隔离解决方案。

其他资源：

• 下载应用注解《UCC21520：快速动态响应的通用隔离式栅极驱动器》。
• 阅读白皮书《高压增强隔离：定义与测试方法》。