Международные эталонные цифровые изоляторы в рамках тенденции развития изоляции
Цифровой изолятор
Цифровой изолятор - это устройство, которое реализует передачу цифрового сигнала в состоянии электрического изолятора и служит основной функцией для обеспечения гальванически изолированных трактов цифровых сигналов. В электронной системе, когда цифровой сигнал и аналоговый сигнал передаются, цифровой изолятор придает ему характеристику изоляции с высоким сопротивлением, чтобы реализовать изоляцию между электронной системой и пользователем.
Причиной внедрения изоляции является соблюдение правил техники безопасности или снижение шума контура заземления. Гальваническая развязка гарантирует, что передача данных не происходит через электрические соединения или пути утечки, что позволяет избежать рисков для безопасности. Однако изоляция неизбежно приведет к ограничениям с точки зрения задержки, энергопотребления, стоимости и размера. Целью цифровых изоляторов является выполнение требований безопасности при минимизации неблагоприятных воздействий. В настоящее время цифровые изоляторы в основном включают три типа: изолятор оптопары, изолятор магнитной связи и изолятор емкостной связи.
Хотя наиболее распространенный цифровой изолятор оптопары может соответствовать общим требованиям к изоляции, он имеет короткий срок службы и высокое энергопотребление, и его постепенно заменяют. Емкостная связь использует принцип емкости на кристалле для реализации передачи сигналов с изоляцией, с длительным сроком службы, низким энергопотреблением и высокой скоростью передачи. Тип магнитной связи может передавать дополнительную энергию на основе емкостной связи, что может значительно расширить область применения изолятора.
Цифровой изолятор TI
Основные цифровые изоляторы и усиленные цифровые изоляторы TI имеют преимущества в высоком рабочем напряжении, низком уровне излучения, низком энергопотреблении и высоком КПД. Для достижения этих свойств в изоляционных материалах серии TI обычно используются запатентованные изолирующие вентили из диоксида кремния (SiO2). В дополнение к основным требованиям к производительности цифровые изоляторы TI также подходят для небольших или требовательных к стоимости приложений.
1
(Серия ISO67xx, TI)
Серия ISO67xx - это цифровые изоляторы с емкостной связью, которые обеспечивают отличную изоляцию сигналов, уделяя особое внимание приложениям с низкой стоимостью проектирования. Эта серия цифровых изоляторов может обеспечивать различные варианты каналов, помогая улучшить защиту критических цепей в различных конфигурациях приложений (сигналы SPI, UART, CAN, RS-485, GPIO и I2C).
С точки зрения продуктов этой серии, соответствующих стандарту ISO6741, ISO6741 представляет собой четырехканальный цифровой изолятор, который повышает гибкость конструкции за счет работы с низким энергопотреблением и преобразования уровня, а также поддерживает широкий диапазон напряжения питания от 1,71 В до 5,5 В. Характеристики электростатического разряда 8 кВ (контакт) предотвращают повреждение изолятора во время технического обслуживания. Скорость передачи данных составляет до 50 Мбит / с, рабочее напряжение - до 1500 В, а типичная устойчивость к синфазным переходным процессам составляет 75 кВ / мкс. Исходя из вышеуказанного уровня индекса, можно сказать, что ISO6741 обеспечивает непреодолимый изолирующий барьер.
Если серия ISO67xx представляет собой отличный выбор для недорогих приложений, серия ISO70xx обеспечивает самое высокое в отрасли сверхнизкое энергопотребление.
Полный спектр продуктов ISO67xx может работать со сверхнизким энергопотреблением, с потреблением тока на канал всего 4,2 мкА, общим потреблением тока на уровне 10 кбит / с, менее 20 мкА, а мощность может быть увеличена до 2 Мбит / с. При низком энергопотреблении ISO67xx поддерживает напряжение изоляции 3 кВ среднеквадратического значения и стандартное значение 100 кВ / мкс для устойчивости к синфазным переходным процессам. Такая прочность изоляции является достаточно надежной.
2
(ISO6741, TI)
Цифровой изолятор ADI
Цифровые изоляторы ADI представляют собой цифровые изоляторы с магнитной связью, в которых используется технология iCoupler для достижения неограниченных возможностей проектирования. В целом цифровые изоляторы ADI имеют большие преимущества в надежности и многоканальной гибкости (до 6 каналов).
3
(ADuM141ES, ADI)
ADuM141ES, четырехканальный цифровой изолятор на 150 Мбит / с для аэрокосмических приложений, использует запатентованную ADI технологию iCoupler®. Эти изолирующие компоненты сочетают в себе высокоскоростной, комплементарный металлооксидный полупроводник (CMOS) и технологию монолитного трансформатора с воздушным сердечником для обеспечения лучших рабочих характеристик.
С конкретной числовой точки зрения, когда ADuM141ES работает при 5 В, максимальная задержка распространения составляет 13,5 нс, искажение ширины импульса составляет менее 3 нс, а устойчивость к синфазным переходным процессам очень высока, что позволяет достичь более 100 кВ / мкс. В то же время каналы данных ADuM141ES независимы друг от друга и могут выдерживать номинальное напряжение 400 В. Это устройство работает при напряжении источника питания от 1,8 до 5 В, совместимо с системами с более низким напряжением и поддерживает преобразование напряжения через изолирующие барьеры.
Низкое энергопотребление также отражается на текущем значении: при 150 Мбит / с ток источника питания на стороне 1 составляет 17 мА, а ток источника питания на стороне 2 составляет 17,5 мА, что обеспечивает скорость передачи данных и снижает энергопотребление.
4
(ADuM260N, ADI)
Характеристики четырехканального ADuM141ES достаточно высоки, давайте взглянем на надежный шестиканальный цифровой изолятор 5,0 кВ (среднеквадратичное значение) со встроенными отказоустойчивыми и нулевыми обратными каналами.
Устойчивость к синфазным переходным процессам 100 кВ / мкс, задержка распространения 13 нс при 5 В, малая задержка 15 нс при 1,8 В, максимальная скорость передачи данных 150 Мбит / с, сертификат безопасности VIORM, пик 849 В, 1 минута, 5000 В действующее значение Сертификат UL, 125 ℃ температура рабочей среды, 16-выводной корпус SOIC_IC. Высокое рабочее напряжение, низкое излучение, низкое энергопотребление и высокий КПД полностью отражены в приведенных выше данных.
Цифровой изолятор Toshiba
В цифровых изоляторах Toshiba в основном используются оптопары, поэтому их характеристики будут ниже, чем у высокопроизводительных цифровых изоляторов, предоставленных TI и ADI, упомянутыми выше.
Toshiba TLP350 - это новый продукт с цифровым изолятором, который используется в различных инверторах (таких как промышленные инверторы, ИБП и стабилизаторы питания для производства фотоэлектрической энергии) ИС привода затвора силового элемента. Устройство в основном улучшено в надежности, а стоимость ниже.
5
(TLP350, Toshiba)
TLP350 может предотвратить выход из строя силовых устройств, подавляя скачки напряжения, возникающие при аварийном отключении. Когда напряжение источника питания является ненормальным и обнаруживается перегрузка по току, сигнал неисправности будет возвращен. В то же время функция мягкого выключения обнаружения перегрузки по току делает выключение устройства питания более мягким. Эти улучшения направлены на надежность и стабильность.
Потому что, исходя только из технических параметров, оптопары имеют естественные недостатки по сравнению с другими типами. Номинальный ток этого продукта составляет 2,5 А, что, несомненно, является большой потребляемой мощностью. Подавление переходных процессов в синфазном режиме составляет 25 кВ / мкс, что на самом деле неплохо для оптопар.
Цифровой изолятор Broadcom
Broadcom всегда был ведущим поставщиком оптоизоляторов. В настоящее время мы предлагаем высоконадежные герметичные оптопары военного назначения, оптопары с гальванической развязкой для промышленного применения и оптопары, разработанные для удовлетворения требований к изоляции и надежности автомобильных приложений.
Несмотря на то, что компания является экспертом по оптопарам, ее цифровые изоляторы CMPS серии ACML-74xx используют магнитную связь через толстую изоляцию, которая обеспечивает высокую скорость и высокие изоляционные характеристики, а также низкое энергопотребление при высоких скоростях передачи данных. Цифровые изоляторы КМОП серии HCPL-90xx / -09xx объединяют технологию гигантского магнитосопротивления (GMR) с высокоскоростными характеристиками и превосходными характеристиками устойчивости к переходным процессам.
6
(ACML-7400, Broadcom)
Цифровые изоляторы КМОП серии ACML-74x0 потребляют небольшое количество энергии даже при высоких скоростях передачи данных и могут обеспечить подавление переходных процессов за счет компактного поверхностного монтажа. Эти цифровые изоляторы КМОП соответствуют максимальной задержке распространения 36 нс и максимальному искажению ширины импульса 3 нс. Они также могут работать со скоростью 100 МБод.
В четырехканальном цифровом изоляторе CMOS ACML-7400 на приведенном выше рисунке сконфигурировано однонаправленное устройство, и имеется четыре канала в одном направлении, и каждый канал обычно находится в диапазоне низкого энергопотребления 15 мА. И способность выдерживать рабочее напряжение чрезвычайно высока, максимум выдерживает 800 В среднеквадратического значения. Возможности подавления синфазных переходных процессов также превосходны: минимум 25 кВ / мкс и обычно 50 кВ / мкс.
резюме
Технология цифровой изоляции - это неизбежная тенденция развития изоляции, а отечественная индустрия цифровых изоляторов все еще остается недостаточно развитым рынком. В следующем выпуске мы сосредоточимся на отечественных производителях цифровых изоляторов, чтобы увидеть, как они могут помочь внутреннему рынку избавиться от зависимости от импорта.