数字隔离器是什么?

数字隔离技术和使用

作者:RudyeMcGlothlin,电源产品部营销总监

 

某些电路在尝试互相通信时会受损,而数字隔离器可使电路在互相通信时避免受损。在本问答中,Silicon Labs (亦称“芯科科技”)电源产品部营销总监RudyeMcGlothlin 先生精辟地回答了有关这些用于平衡安全性和性能的设备和技术的一些问题。请点击“阅读原文”至Silicon Labs中文论坛观看完整文章。

 

首先是什么在推动工业市场使用隔离组件?

有许多需求在推动隔离组件的使用。主要推动因素是组件保护、用户安全、信号电平转换和遵守安全规定的系统要求。在所有情况下,隔离组件都通过实现额外的功能并确保系统安全运行来为系统增加价值。

 

添加隔离设备会对我的电路有何影响?

在许多情况下性能都会提高,并且在所有情况下组件安全性都会提高。隔离设备允许多个电源域共存和通信,这意味着敏感电路与开关电路会被隔离开来。现代化数字隔离技术支持大规模集成,这意味着电路组件数量可以减少。性能、效率、大小和成本都是添加隔离设备时可能会受到影响的方面。

 

数字隔离设备是为符合安全规定而创建的,
同时可最大限度地发挥现代化 CMOS 技术的优势

 

那么我在考虑为我的应用使用隔离组件时,有何选择?

直到最近十年,设计者还都在使用光电耦合器来满足隔离需求,但从那时起,数字隔离技术已经取得了很大进展。现在,基于 CMOS的数字隔离技术已成为系统中隔离任务的首选技术。

 

光电耦合器和数字隔离设备有什么区别?

简单来说,光电耦合器是一种混合设备,使用 LED 发出的光将数据传输到隔离栅另一端的光检测器。逻辑高状态时,LED 亮起,逻辑低状态时,LED 熄灭。光电耦合器功耗高,易于老化和受温度影响,并提供有限的数据速率,通常低于1Mbps。

 

但是,数字隔离设备是为符合安全规定而创建的,同时可最大限度地发挥现代化 CMOS技术的优势。为此,数字隔离设备使用半导体工艺技术来创建变压器或电容器,以便传输数据而不是传输光。通过使用这种技术,性能和功能集成都得到了改善。

 

对尚在犹豫要不要弃用光电耦合器而改用数字隔离器的人,您有何最佳建议?

光电耦合器虽然已并入许多设计中,但是基于过时的 LED 技术,其输出因输入电流、温度和年龄而有显著变化。这降低了设备在生命周期内的性能。数字隔离组件可轻松提供占用空间更小的多通道隔离解决方案,由于故障率更低可提高系统可靠性,可提供两倍的电气噪声抗扰度,可在更宽的温度范围(-40oC至125oC)内工作,而且不会随着时间的推移老化或降低性能。通常,使用高频载波代替光能够实现低操作功率和高速操作,这可支持精确的时序规格。

 

 光电耦合器虽然已并入许多设计中,但是基于过时的 LED 技术,
其输出因输入电流、温度和年龄而有显著变化。

 

我完全相信你说的话,那么我在为我的应用选择特定数字隔离器时,要考虑哪些因素?

功能集和隔离性能是选择数字隔离器时要考虑的两个因素。就功能集而言,要考虑隔离通道的数量和通道配置。传播延迟等时序规格应适合您的系统。就隔离性能而言,重要的是要了解系统所需的隔离等级。瞬态噪声抗扰度和电磁辐射情况是与隔离结构相关的其他考虑因素。就隔离等级而言,鉴于系统环境,可能要考虑封装选项。

 

设计者决定改用数字隔离器后,面临的最大挑战是什么?

第一个挑战是为各个应用选择正确的数字隔离器。如前所述,每个组件都有自己的规格,就像每个应用都有特殊需求一样。一旦确定和设计了适当的设备,系统设计者便可以其典型的方式进行系统评估。

 

我要为我的应用考虑哪些安全要求?

一旦您确定了应用的需求,您就需要确保设备符合 UL、CSA、VDE 和 CQC 等顶级安全认证机构要求达到的相应安全标准。这些安全认证机构使用其组件安全标准来限定和指定安全组件的一分钟耐压等级,这通常为 2.5kVrms、3.75kVrms 或 5kVrms,或其生命周期内的工作电压,这通常在 125Vrms 至1,000 Vrms 之间。所有Silicon Labs 的组件安全证书都可通过访问silabs.com 在线申请。

 

数字隔离器的隔离栅的典型预期寿命是多久?

 这取决于所用材料及其厚度。使用的标准材料包括聚合物基、聚酰亚胺基或基于二氧化硅的绝缘体。一般来说,隔离栅的使用寿命可轻松超过 25 年。

 

我有望找到哪些标准额定电压?

常见的一分钟额定电压为 1 kVrms、2.5 kVrms、3.75 kVrms 或 5 kVrms,具体取决于设备制造商。为了提供浪涌保护,有些设备可以达到 10kVpk。

 

您的产品支持哪些爬电距离和电气间隙?

终端系统对基本绝缘和需要高达 250 Vrms 有效绝缘的加强绝缘提出的两种最常见的爬电距离和电气间隙要求分别是 3.2mm 和 6.4mm。通常,SiliconLabs 的窄体 SOIC封装和宽体 SOIC封装分别支持大约 4 mm和大约 8 mm的爬电距离/电气间隙。

 

更多关于Silicon Labs的数字隔离解决方案信息,请访问:

https://cn.silabs.com/products/isolation

 

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