Isolatori digitali di riferimento internazionale sotto il trend di sviluppo dell'isolamento
Isolatore digitale
Un isolatore digitale è un dispositivo che realizza la trasmissione del segnale digitale nello stato di un isolatore elettrico e svolge la funzione di base di fornire percorsi di segnale digitale galvanicamente isolati. Nel sistema elettronico, quando vengono trasmessi il segnale digitale e il segnale analogico, l'isolatore digitale gli conferisce una caratteristica di isolamento ad alta resistenza per realizzare l'isolamento tra il sistema elettronico e l'utente.
Il motivo per introdurre l'isolamento è soddisfare le norme di sicurezza o ridurre il rumore del circuito di terra. L'isolamento galvanico garantisce che la trasmissione dei dati non avvenga tramite collegamenti elettrici o percorsi di dispersione, evitando così rischi per la sicurezza. Tuttavia, è inevitabile che l'isolamento comporti limitazioni in termini di ritardo, consumo energetico, costi e dimensioni. L'obiettivo degli isolatori digitali è soddisfare i requisiti di sicurezza riducendo al minimo gli effetti negativi. Attualmente, gli isolatori digitali includono principalmente tre tipi: isolatore fotoaccoppiatore, isolatore ad accoppiamento magnetico e isolatore ad accoppiamento capacitivo.
Sebbene il più comune isolatore digitale fotoaccoppiatore possa soddisfare i requisiti di isolamento comuni, ha una vita breve e un elevato consumo energetico e viene gradualmente sostituito. L'accoppiamento capacitivo adotta il principio della capacità su chip per realizzare la trasmissione dell'isolamento del segnale, con lunga durata, basso consumo energetico e alta velocità di trasmissione. Il tipo di accoppiamento magnetico può trasferire energia aggiuntiva sulla base dell'accoppiamento capacitivo, che può espandere notevolmente il campo di applicazione dell'isolatore.
Isolatore digitale TI
Gli isolatori digitali di base e gli isolatori digitali rinforzati di TI presentano vantaggi in termini di alta tensione operativa, bassa radiazione, basso consumo energetico e alta efficienza. La serie TI generalmente utilizza porte isolanti proprietarie di biossido di silicio (SiO2) su materiali isolanti per ottenere queste proprietà. Oltre ai requisiti prestazionali di base, gli isolatori digitali di TI possono soddisfare anche applicazioni di piccole dimensioni o sensibili ai costi.
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(serie ISO67xx, TI)
La serie ISO67xx è costituita da isolatori digitali ad accoppiamento capacitivo, che forniscono eccellenti prestazioni di isolamento del segnale concentrandosi su applicazioni a basso costo di progettazione. Questa serie di isolatori digitali può fornire una varietà di opzioni di canale, contribuendo a migliorare la protezione dei circuiti critici in varie configurazioni applicative (segnali SPI, UART, CAN, RS-485, GPIO e I2C).
Dal punto di vista dei prodotti specifici ISO6741 di questa serie, ISO6741 è un isolatore digitale a quattro canali, che migliora la flessibilità di progettazione attraverso il funzionamento a bassa potenza e la conversione di livello e supporta un'ampia gamma di tensioni di alimentazione da 1,71 V a 5,5 V. Le prestazioni ESD da 8 kV (contatto) prevengono danni all'isolatore durante la manutenzione. La velocità dei dati è fino a 50 Mbps, mentre la tensione operativa è fino a 1500 V e la tipica immunità ai transitori di modo comune è 75 kV/µs. Dal livello di indice sopra, si può dire che ISO6741 fornisce una barriera di isolamento infrangibile.
Se la serie ISO67xx rappresenta una scelta eccellente per applicazioni a basso costo, la serie ISO70xx offre il consumo energetico più basso del settore.
L'intera gamma di prodotti ISO67xx può funzionare a bassissima potenza, con un consumo di corrente per canale a partire da 4,2 μA, consumo di corrente totale a 10 kbps, meno di 20 μA e la potenza può essere espansa a 2 Mbps. Allo stesso tempo di basso consumo energetico, ISO67xx supporta una tensione di isolamento di 3 kVrms e un valore tipico di 100 kV/μs per l'immunità transitoria di modo comune.Questa forza di isolamento è sufficientemente affidabile.
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(ISO6741, TI)
Isolatore digitale ADI
Gli isolatori digitali di ADI sono isolatori digitali ad accoppiamento magnetico che utilizzano la tecnologia iCoupler per ottenere un design illimitato. Nel complesso, gli isolatori digitali di ADI presentano grandi vantaggi in termini di robustezza e flessibilità multicanale (fino a 6 canali).
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(ADuM141ES, ADI)
ADuM141ES, un isolatore digitale a quattro canali da 150 MBPS per applicazioni aerospaziali, utilizza la tecnologia iCoupler® brevettata da ADI. Questi componenti di isolamento combinano un semiconduttore ad ossido di metallo complementare (CMOS) ad alta velocità e la tecnologia del trasformatore monolitico con nucleo d'aria per fornire migliori caratteristiche prestazionali.
Dal punto di vista numerico specifico, quando l'ADuM141ES funziona a 5 V, il ritardo di propagazione massimo è 13,5 ns, la distorsione dell'ampiezza dell'impulso è inferiore a 3 ns e l'immunità ai transitori di modo comune è molto alta, che può raggiungere valori superiori a 100 kV/μs. Allo stesso tempo, i canali dati ADuM141ES sono indipendenti l'uno dall'altro e possono sopportare una tensione nominale di 400 V rms. Questo dispositivo funziona con una tensione di alimentazione compresa tra 1,8 V-5 V ed è compatibile con i sistemi a tensione inferiore e supporta la conversione della tensione attraverso le barriere di isolamento.
Il basso consumo energetico si riflette anche nel valore della corrente: a 150 MBPS, la corrente di alimentazione sul lato 1 è 17 mA e la corrente di alimentazione sul lato 2 è 17,5 mA, garantendo la velocità di trasmissione dei dati e riducendo il consumo energetico.
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(ADuM260N, ADI)
Le prestazioni dell'ADuM141ES a quattro canali sono sufficientemente elevate, diamo un'occhiata al robusto isolatore digitale a sei canali da 5,0 kVrms con fail-safe integrato e canali zero reverse.
Immunità transitoria di modo comune 100 kV/μs, ritardo di propagazione di 13 ns a 5 V, bassa latenza di 15 ns a 1,8 V, velocità dati massima di 150 Mbps, picco VIORM 849 V certificazione di sicurezza, 1 minuto 5000 V rms Certificato UL, 125 alto temperatura ambiente di lavoro, pacchetto SOIC_IC a corpo largo a 16 pin. L'elevata tensione operativa, le basse radiazioni, il basso consumo energetico e l'elevata efficienza si riflettono pienamente nei dati di cui sopra.
Isolatore digitale Toshiba
Gli isolatori digitali Toshiba utilizzano principalmente accoppiatori ottici, quindi le loro prestazioni saranno inferiori rispetto agli isolatori digitali ad alte prestazioni forniti da TI e ADI sopra menzionati.
Toshiba TLP350 è un prodotto isolatore digitale più recente, utilizzato in vari inverter (come inverter industriali, UPS e condizionatori di alimentazione per la generazione di energia fotovoltaica) CI di azionamento del gate dell'elemento di potenza. Il dispositivo è principalmente migliorato in termini di affidabilità e il costo è inferiore.
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(TLP350, Toshiba)
Il TLP350 può prevenire la rottura dei dispositivi di alimentazione sopprimendo l'aumento di sovratensione che si verifica durante lo spegnimento anomalo. Quando la tensione di alimentazione è anormale e viene rilevata una sovracorrente, verrà restituito un segnale di guasto. Allo stesso tempo, la funzione di spegnimento graduale del rilevamento della sovracorrente fa sì che il dispositivo di alimentazione si spenga più dolcemente. Questi miglioramenti sono focalizzati su affidabilità e stabilità.
Perché partendo dai soli parametri tecnici, i fotoaccoppiatori presentano svantaggi naturali rispetto ad altri tipi. La corrente nominale di questo prodotto è 2,5 A, che è senza dubbio un grande carico di consumo energetico. La soppressione dei transitori di modo comune è di 25 kV/µs, che in realtà è abbastanza buona nei prodotti fotoaccoppiatori.
Isolatore digitale Broadcom
Broadcom è sempre stato un fornitore leader di optoisolatori. Attualmente, forniamo fotoaccoppiatori sigillati militari altamente affidabili, fotoaccoppiatori ad isolamento galvanico per applicazioni industriali e fotoaccoppiatori progettati per soddisfare i requisiti di isolamento e affidabilità delle applicazioni di livello automobilistico.
Sebbene sia un esperto di accoppiatori ottici, i suoi isolatori digitali CMPS della serie ACML-74xx adottano l'accoppiamento magnetico attraverso un isolamento spesso, che offre elevate prestazioni di isolamento ad alta velocità e basso consumo energetico a velocità di trasmissione dati elevate. La serie HCPL-90xx/-09xx di isolatori digitali CMOS integra la tecnologia a magnetoresistenza gigante (GMR) con prestazioni ad alta velocità ed eccellenti specifiche di immunità ai transitori.
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(ACML-7400, Broadcom)
La serie ACML-74x0 di isolatori digitali CMOS consuma una piccola quantità di energia, anche a velocità di trasmissione dati elevate, e può ottenere prestazioni di soppressione dei transitori grazie al montaggio superficiale compatto. Questi isolatori digitali CMOS soddisfano un ritardo di propagazione massimo di 36 ns e una distorsione della larghezza di impulso massima di 3 ns. Possono anche funzionare a una velocità dati di 100 MBd.
Nell'isolatore digitale CMOS ACML-7400 a quattro canali nella figura sopra, è configurato un dispositivo unidirezionale e ci sono quattro canali in una direzione e ciascun canale è solitamente all'interno dell'intervallo di basso consumo energetico di 15 mA. E la capacità di resistere alla tensione di lavoro è estremamente elevata, il massimo può resistere a 800 V rms. Anche la capacità di soppressione dei transitori di modo comune è eccellente, con un minimo di 25 kV/µs e generalmente 50 kV/µs.
riepilogo
La tecnologia di isolamento digitale è una tendenza inevitabile nello sviluppo dell'isolamento e l'industria degli isolatori digitali domestici è ancora un mercato sottosviluppato. Nel prossimo numero, ci concentreremo sui produttori nazionali di isolatori digitali per vedere come possono aiutare il mercato interno a liberarsi dalla dipendenza dalle importazioni.