アイソレータは、2 つのシステムや回路間の直流電流 (DC) と不要な過渡電流を最小限に抑えると同時に、2 つのシステムや回路間でデータや電力の伝送を行うデバイスです。ほとんどのアプリケーションでは、アイソレータはシステムを正常に機能させるだけでなく、高電圧に対する障壁の役割も果たしています。たとえば、図 1 に示すモーター ドライブ システムでは、絶縁型ゲート バイポーラ トランジスタ (IGBT) ゲート ドライバは、制御モジュールからの低電圧信号を、インバータ出力を基準とする IGBT ゲート ドライブ制御にレベル シフトします。同時に、これらのドライバは、高電圧 (DC バス、インバータ出力、入力電源ライン) と、コネクタやインターフェイスが作業者の手が届く位置にある制御モジュールとの間に保護障壁を構築するものです。

高電圧アプリケーションでは、絶縁障壁が故障すると、作業者に潜在的な危険が及んだり、精密な制御回路が損傷してシステムの不具合を引き起こす可能性があります。そのため、通常時と故障時の両方で、アイソレータが故障する原因となるものを理解しておくことが重要です。また、電気的な危険を防ぐために追加の対策が必要かを判断するためにも、それぞれのケースで故障の特性を知る必要があります。

本書では、アイソレータに起こりうる 2 つの故障モードについて説明します。1 つ目は絶縁障壁を通る電圧がアイソレータの定格制限を上回る場合で、2 つ目は、高電圧と大電流が同時に作用して、絶縁障壁近傍にあるアイソレータに組み込まれた回路や部品が損傷する場合です。その結果、絶縁障壁が損傷する可能性があります。この分析では、テキサス・インスツルメンツの最新の強化絶縁技術と従来型のフォトカプラを例として挙げています。1 つ目の故障モードではすべてのアイソレータが「フェイル ショート」しますが、テキサス・インスツルメンツのアイソレータは絶縁性能が高いために故障が起こりにくいことを示します。また、2 つ目の故障モードでは、テキサス・インスツルメンツの強化絶縁型アイソレータが「フェイル オープン」することを分析とテスト結果を通じて示します。

図 1 AC モーター ドライブの概略ブロック図