為何設計者使用光電耦合器來滿足隔離需求

某些電路在嘗試互相通信時會受損，而數(shù)字隔離器可使電路在互相通信時避免受損。工業(yè)市場上有許多需求在推動隔離器的廣泛使用。主要推動因素是組件保護、用戶安全、信號電平轉換和遵守安全規(guī)定的系統(tǒng)要求。在所有這些情況下，隔離器件都能通過實現(xiàn)額外的功能并確保系統(tǒng)安全運行來為系統(tǒng)增加價值。

添加隔離設備在許多情況下電路性能都會提高，并且在所有情況下組件安全性都會提高。隔離設備允許多個電源域共存和通信，這意味著敏感電路與開關電路會被隔離開來?，F(xiàn)代化數(shù)字隔離技術支持大規(guī)模集成，這意味著電路組件數(shù)量可以減少。性能、效率、大小和成本都是添加隔離設備時可能會受到影響的方面。

直到最近十年，設計者還都在使用光電耦合器來滿足隔離需求，但從那時起，數(shù)字隔離技術已經(jīng)取得了很大進展?，F(xiàn)在，基于CMOS的數(shù)字隔離技術已成為系統(tǒng)中隔離任務的首選技術。下面，針對光電耦合器和數(shù)字隔離器，我們做出以下對比分析。歡迎點擊“閱讀原文”至Silicon Labs中文社區(qū)觀看完整文章。

隔離器應用的七大關鍵考量

簡單來說，光電耦合器是一種混合設備，使用LED發(fā)出的光將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁綦x柵另一端的光檢測器。邏輯高狀態(tài)時，LED打開，邏輯低狀態(tài)時，LED關閉。光電耦合器功耗高，易于老化和受溫度影響，并提供有限的數(shù)據(jù)速率，通常低于1Mb/s。但是，數(shù)字隔離設備是為符合安全規(guī)定而創(chuàng)建的，同時可最大限度地發(fā)揮現(xiàn)代化CMOS技術的優(yōu)勢。為此，數(shù)字隔離設備使用半導體工藝技術來創(chuàng)建變壓器或電容器，以便傳輸數(shù)據(jù)而不是傳輸光，通過使用這種技術，性能和功能集成都得到了改善。

光電耦合器雖然已并入許多設計中，但是基于過時的LED技術，其輸出因輸入電流、溫度和老化而有顯著變化。這降低了設備在生命周期內(nèi)的性能。數(shù)字隔離組件可輕松提供占用空間更小的多通道隔離解決方案，由于故障率更低可提高系統(tǒng)可靠性，可提供兩倍的電氣噪聲抗擾度，可在更寬的溫度范圍（-40℃～125℃）內(nèi)工作，而且不會隨著時間的推移老化或降低性能。通常，使用高頻載波代替光能夠實現(xiàn)低操作功率和高速操作，這可支持精確的時序規(guī)格。

如何為應用選擇合適的特定數(shù)字隔離器？一般情況下，我們需要從安全性和設備性能的角度出發(fā)，需要考慮以下七方面的因素。

功能集

就功能集而言，要考慮隔離信道的數(shù)量和信道配置。傳播延遲等時序規(guī)格應適合自己的系統(tǒng)。

隔離性能

就隔離性能而言，重要的是要了解系統(tǒng)所需的隔離等級。瞬態(tài)噪聲抗擾度和電磁輻射情況是與隔離結構相關的其他考慮因素。就隔離等級而言，鑒于系統(tǒng)環(huán)境，可能要考慮封裝選項。

選擇正確的數(shù)字隔離器

第一個挑戰(zhàn)是為各個應用選擇正確的數(shù)字隔離器。如前所述，每個組件都有自己的規(guī)格，就像每個應用都有特殊需求一樣。一旦確定和設計了適當?shù)脑O備，系統(tǒng)設計者便可以其典型的方式進行系統(tǒng)評估。

安全要求

一旦您確定了應用的需求，您就需要確保設備符合U L、C S A、V D E和C Q C等鼎級安全認證機構要求達到的相應安全標準。這些安全認證機構使用其組件安全標準來限定和指定安全組件的一分鐘耐壓等級，這通常為2.5kVrms、3.75kVrms或5kVrms，或其生命周期內(nèi)的工作電壓，這通常在125V r m s～1000V r m s之間。所有Silicon Labs的組件安全證書都可通過訪問silabs.com在線申請。

數(shù)字隔離器的隔離柵的典型預期壽命

這取決于所用材料及其厚度。使用的標準材料包括聚合物基、聚酰亞胺基或基于二氧化硅的絕緣體。一般來說，隔離柵的使用壽命可輕松超過25年。

數(shù)字隔離器的隔離柵的典型預期壽命

這取決于所用材料及其厚度。使用的標準材料包括聚合物基、聚酰亞胺基或基于二氧化硅的絕緣體。一般來說，隔離柵的使用壽命可輕松超過25年。

確定標準額定電壓

常見的一分鐘額定電壓為1kVrms、2.5kVrms、3.75kVrms或5kVrms，具體取決于設備制造商。為了提供浪涌保護，有些設備可以達到10kVpk。

產(chǎn)品支持的爬電距離和電氣間隙

終端系統(tǒng)對需要高達250Vrms工作絕緣的基本絕緣和加強絕緣提出的兩種最常見的爬電距離和電氣間隙要求分別是3.2mm和6.4mm。通常，Silicon Labs的窄體SOIC封裝和寬體SOIC封裝分別支持大約4m m和大約8mm的爬電距離/電氣間隙。