數(shù)字隔離器是什么？

某些電路在嘗試互相通信時(shí)會(huì)受損，而數(shù)字隔離器可使電路在互相通信時(shí)避免受損。在本問答中，Silicon Labs （亦稱“芯科科技”）電源產(chǎn)品部營(yíng)銷總監(jiān)RudyeMcGlothlin 先生精辟地回答了有關(guān)這些用于平衡安全性和性能的設(shè)備和技術(shù)的一些問題。

首先是什么在推動(dòng)工業(yè)市場(chǎng)使用隔離組件？

有許多需求在推動(dòng)隔離組件的使用。主要推動(dòng)因素是組件保護(hù)、用戶安全、信號(hào)電平轉(zhuǎn)換和遵守安全規(guī)定的系統(tǒng)要求。在所有情況下，隔離組件都通過實(shí)現(xiàn)額外的功能并確保系統(tǒng)安全運(yùn)行來(lái)為系統(tǒng)增加價(jià)值。

添加隔離設(shè)備會(huì)對(duì)我的電路有何影響？

在許多情況下性能都會(huì)提高，并且在所有情況下組件安全性都會(huì)提高。隔離設(shè)備允許多個(gè)電源域共存和通信，這意味著敏感電路與開關(guān)電路會(huì)被隔離開來(lái)。現(xiàn)代化數(shù)字隔離技術(shù)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(shè)備時(shí)可能會(huì)受到影響的方面。

數(shù)字隔離設(shè)備是為符合安全規(guī)定而創(chuàng)建的，同時(shí)可最大限度地發(fā)揮現(xiàn)代化 CMOS 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

那么我在考慮為我的應(yīng)用使用隔離組件時(shí)，有何選擇？

直到最近十年，設(shè)計(jì)者還都在使用光電耦合器來(lái)滿足隔離需求，但從那時(shí)起，數(shù)字隔離技術(shù)已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。現(xiàn)在，基于 CMOS的數(shù)字隔離技術(shù)已成為系統(tǒng)中隔離任務(wù)的首選技術(shù)。

光電耦合器和數(shù)字隔離設(shè)備有什么區(qū)別？

簡(jiǎn)單來(lái)說，光電耦合器是一種混合設(shè)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(cè)器。邏輯高狀態(tài)時(shí)，LED 亮起，邏輯低狀態(tài)時(shí)，LED 熄滅。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1Mbps。

但是，數(shù)字隔離設(shè)備是為符合安全規(guī)定而創(chuàng)建的，同時(shí)可最大限度地發(fā)揮現(xiàn)代化 CMOS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。為此，數(shù)字隔離設(shè)備使用半導(dǎo)體工藝技術(shù)來(lái)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(shù)，性能和功能集成都得到了改善。

對(duì)尚在猶豫要不要棄用光電耦合器而改用數(shù)字隔離器的人，您有何最佳建議？

光電耦合器雖然已并入許多設(shè)計(jì)中，但是基于過時(shí)的 LED 技術(shù)，其輸出因輸入電流、溫度和年齡而有顯著變化。這降低了設(shè)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（-40oC至125oC）內(nèi)工作，而且不會(huì)隨著時(shí)間的推移老化或降低性能。通常，使用高頻載波代替光能夠?qū)崿F(xiàn)低操作功率和高速操作，這可支持精確的時(shí)序規(guī)格。

光電耦合器雖然已并入許多設(shè)計(jì)中，但是基于過時(shí)的 LED 技術(shù)，其輸出因輸入電流、溫度和年齡而有顯著變化。

我完全相信你說的話，那么我在為我的應(yīng)用選擇特定數(shù)字隔離器時(shí)，要考慮哪些因素？

功能集和隔離性能是選擇數(shù)字隔離器時(shí)要考慮的兩個(gè)因素。就功能集而言，要考慮隔離通道的數(shù)量和通道配置。傳播延遲等時(shí)序規(guī)格應(yīng)適合您的系統(tǒng)。就隔離性能而言，重要的是要了解系統(tǒng)所需的隔離等級(jí)。瞬態(tài)噪聲抗擾度和電磁輻射情況是與隔離結(jié)構(gòu)相關(guān)的其他考慮因素。就隔離等級(jí)而言，鑒于系統(tǒng)環(huán)境，可能要考慮封裝選項(xiàng)。

設(shè)計(jì)者決定改用數(shù)字隔離器后，面臨的最大挑戰(zhàn)是什么？

第一個(gè)挑戰(zhàn)是為各個(gè)應(yīng)用選擇正確的數(shù)字隔離器。如前所述，每個(gè)組件都有自己的規(guī)格，就像每個(gè)應(yīng)用都有特殊需求一樣。一旦確定和設(shè)計(jì)了適當(dāng)?shù)脑O(shè)備，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者便可以其典型的方式進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估。

我要為我的應(yīng)用考慮哪些安全要求？

一旦您確定了應(yīng)用的需求，您就需要確保設(shè)備符合 UL、CSA、VDE 和 CQC 等頂級(jí)安全認(rèn)證機(jī)構(gòu)要求達(dá)到的相應(yīng)安全標(biāo)準(zhǔn)。這些安全認(rèn)證機(jī)構(gòu)使用其組件安全標(biāo)準(zhǔn)來(lái)限定和指定安全組件的一分鐘耐壓等級(jí)，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 125Vrms 至1,000 Vrms 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(qǐng)。

數(shù)字隔離器的隔離柵的典型預(yù)期壽命是多久？

這取決于所用材料及其厚度。使用的標(biāo)準(zhǔn)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(lái)說，隔離柵的使用壽命可輕松超過 25 年。

我有望找到哪些標(biāo)準(zhǔn)額定電壓？

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

您的產(chǎn)品支持哪些爬電距離和電氣間隙？

終端系統(tǒng)對(duì)基本絕緣和需要高達(dá) 250 Vrms 有效絕緣的加強(qiáng)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，SiliconLabs 的窄體 SOIC封裝和寬體 SOIC封裝分別支持大約 4 mm和大約 8 mm的爬電距離/電氣間隙。