Aisladores digitales de referencia internacional bajo la tendencia de desarrollo del aislamiento
Aislador digital
Un aislador digital es un dispositivo que realiza la transmisión de señales digitales en el estado de un aislador eléctrico y sirve como la función básica de proporcionar rutas de señales digitales aisladas galvánicamente. En el sistema electrónico, cuando se transmiten la señal digital y la señal analógica, el aislador digital hace que tenga una característica de aislamiento de alta resistencia para realizar el aislamiento entre el sistema electrónico y el usuario.
La razón para introducir el aislamiento es cumplir con las normas de seguridad o reducir el ruido del circuito de tierra. El aislamiento galvánico garantiza que la transmisión de datos no se realice a través de conexiones eléctricas o vías de fuga, evitando así riesgos de seguridad. Sin embargo, es inevitable que el aislamiento genere limitaciones en términos de retraso, consumo de energía, costo y tamaño. El objetivo de los aisladores digitales es cumplir con los requisitos de seguridad y minimizar los efectos adversos. En la actualidad, los aisladores digitales incluyen principalmente tres tipos: aislador de optoacoplador, aislador de acoplamiento magnético y aislador de acoplamiento capacitivo.
Aunque el aislador digital optoacoplador más común puede cumplir con los requisitos de aislamiento comunes, tiene una vida útil corta y un alto consumo de energía, y se reemplaza gradualmente. El acoplamiento capacitivo adopta el principio de capacitancia en el chip para realizar la transmisión de aislamiento de señal, con una larga vida útil, bajo consumo de energía y alta tasa de transmisión. El tipo de acoplamiento magnético puede transferir energía adicional sobre la base del acoplamiento capacitivo, lo que puede expandir en gran medida el campo de aplicación del aislador.
Aislador digital TI
Los aisladores digitales básicos de TI y los aisladores digitales reforzados tienen ventajas en cuanto a voltaje de funcionamiento alto, baja radiación, bajo consumo de energía y alta eficiencia. La serie TI generalmente utiliza compuertas aislantes de dióxido de silicio (SiO2) patentadas en materiales de aislamiento para lograr estas propiedades. Además de los requisitos de rendimiento básicos, los aisladores digitales de TI también pueden cumplir con aplicaciones de pequeño tamaño o sensibles a los costos.
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(Serie ISO67xx, TI)
La serie ISO67xx son aisladores digitales acoplados capacitivamente, que brindan un excelente rendimiento de aislamiento de señal mientras se enfocan en aplicaciones de bajo costo de diseño. Esta serie de aisladores digitales puede proporcionar una variedad de opciones de canal, lo que ayuda a mejorar la protección de circuitos críticos en varias configuraciones de aplicaciones (señales SPI, UART, CAN, RS-485, GPIO e I2C).
Desde la perspectiva de los productos específicos ISO6741 de esta serie, ISO6741 es un aislador digital de cuatro canales, que mejora la flexibilidad del diseño a través del funcionamiento de baja potencia y conversión de nivel, y admite un amplio rango de voltaje de suministro de energía de 1,71 V a 5,5 V. El rendimiento ESD de 8 kV (contacto) evita daños al aislador durante el mantenimiento. La velocidad de datos es de hasta 50 Mbps, mientras que el voltaje de funcionamiento es de hasta 1500 V y la inmunidad transitoria de modo común típica es de 75 kV / µs. Desde el nivel de índice anterior, se puede decir que ISO6741 proporciona una barrera de aislamiento irrompible.
Si la serie ISO67xx proporciona una excelente opción para aplicaciones de bajo costo, la serie ISO70xx proporciona el consumo de energía ultrabajo superior de la industria.
La gama completa de productos ISO67xx puede funcionar a una potencia ultrabaja, con un consumo de corriente por canal tan bajo como 4,2 μA, un consumo de corriente total a 10 kbps, menos de 20 μA y la potencia se puede ampliar a 2 Mbps. Al mismo tiempo de bajo consumo de energía, ISO67xx admite un voltaje de aislamiento de 3 kVrms y un valor típico de 100 kV / μs para inmunidad transitoria de modo común Esta fuerza de aislamiento es suficientemente confiable.
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(ISO6741, TI)
Aislador digital ADI
Los aisladores digitales de ADI son aisladores digitales acoplados magnéticamente que utilizan la tecnología iCoupler para lograr un diseño ilimitado. En general, los aisladores digitales de ADI tienen grandes ventajas en robustez y flexibilidad multicanal (hasta 6 canales).
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(ADUM141ES, ADI)
ADuM141ES, un aislador digital de cuatro canales de 150 MBPS para aplicaciones aeroespaciales, utiliza la tecnología iCoupler® patentada por ADI. Estos componentes de aislamiento combinan semiconductores de óxido metálico complementario (CMOS) de alta velocidad y tecnología de transformador de núcleo de aire monolítico para proporcionar mejores características de rendimiento.
Desde el punto de vista numérico específico, cuando el ADuM141ES funciona a 5 V, el retardo de propagación máximo es de 13,5 ns, la distorsión de ancho de pulso es inferior a 3 ns y la inmunidad transitoria de modo común es muy alta, lo que puede alcanzar valores superiores a 100 kV / μs. Al mismo tiempo, los canales de datos ADuM141ES son independientes entre sí y pueden soportar una tensión nominal de 400 V rms. Este dispositivo funciona con un voltaje de suministro de energía entre 1.8 V-5 V y es compatible con sistemas de voltaje más bajo, y admite conversión de voltaje a través de barreras de aislamiento.
El bajo consumo de energía también se refleja en el valor de corriente. A 150 MBPS, la corriente de la fuente de alimentación en el lado 1 es de 17 mA y la corriente de la fuente de alimentación en el lado 2 es de 17,5 mA, lo que garantiza la velocidad de transmisión de datos y reduce el consumo de energía.
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(ADuM260N, ADI)
El rendimiento del ADuM141ES de cuatro canales es lo suficientemente fuerte, echemos un vistazo al robusto aislador digital de seis canales de 5.0 kVrms con canales integrados a prueba de fallas y cero inversos.
Inmunidad transitoria de modo común 100 kV / μs, retardo de propagación de 13 ns a 5V, baja latencia de 15 ns a 1.8V, velocidad de datos máxima de 150 Mbps, certificación de seguridad VIORM pico 849 V, 1 minuto 5000 V rms Certificado UL, 125 ℃ alto ambiente de trabajo de temperatura, paquete SOIC_IC de cuerpo ancho de 16 pines. El alto voltaje de funcionamiento, la baja radiación, el bajo consumo de energía y la alta eficiencia se reflejan completamente en los datos anteriores.
Aislador digital Toshiba
Los aisladores digitales de Toshiba utilizan principalmente optoacopladores, por lo que su rendimiento será más débil que los aisladores digitales de alto rendimiento proporcionados por TI y ADI mencionados anteriormente.
Toshiba TLP350 es un producto aislador digital más nuevo, utilizado en varios inversores (como inversores industriales, UPS y acondicionadores de energía para la generación de energía fotovoltaica) IC de unidad de puerta de elemento de potencia. El dispositivo se mejora principalmente en confiabilidad y el costo es menor.
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(TLP350, Toshiba)
El TLP350 puede prevenir la avería de los dispositivos de potencia suprimiendo el aumento de sobretensión que se produce durante un apagado anormal. Cuando el voltaje de la fuente de alimentación es anormal y se detecta una sobrecorriente, se retroalimenta una señal de falla. Al mismo tiempo, la función de apagado suave de la detección de sobrecorriente hace que el dispositivo de alimentación se apague más suavemente. Estas mejoras se centran en la fiabilidad y la estabilidad.
Porque a partir de los parámetros técnicos únicamente, los optoacopladores tienen desventajas naturales en comparación con otros tipos. La corriente nominal de este producto es de 2,5 A, lo que sin duda representa una gran carga de consumo de energía. La supresión de transitorios de modo común es de 25 kV / µs, lo que en realidad es bastante bueno en los productos optoacopladores.
Aislador digital Broadcom
Broadcom siempre ha sido un proveedor líder de optoaisladores. Actualmente, proporcionamos optoacopladores sellados militares altamente confiables, optoacopladores de aislamiento galvánico para aplicaciones industriales y optoacopladores diseñados para cumplir con los requisitos de aislamiento y confiabilidad de las aplicaciones de grado automotriz.
Aunque es un experto en optoacopladores, sus aisladores digitales CMPS de la serie ACML-74xx adoptan un acoplamiento magnético a través de un aislamiento grueso, que tiene alta velocidad y alto rendimiento de aislamiento, y bajo consumo de energía a altas velocidades de datos. La serie HCPL-90xx / -09xx de aisladores digitales CMOS integra tecnología de magnetorresistencia gigante (GMR) con rendimiento de alta velocidad y excelentes especificaciones de inmunidad transitoria.
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(ACML-7400, Broadcom)
La serie ACML-74x0 de aisladores digitales CMOS consume una pequeña cantidad de energía, incluso a altas velocidades de datos, y puede lograr un rendimiento de supresión de transitorios a través de un montaje en superficie compacto. Estos aisladores digitales CMOS cumplen con un retardo de propagación máximo de 36ns y una distorsión máxima de ancho de pulso de 3ns. También pueden funcionar a una velocidad de datos de 100 MBd.
En el aislador digital CMOS ACML-7400 de cuatro canales de la figura anterior, se configura un dispositivo unidireccional y hay cuatro canales en una dirección, y cada canal suele estar dentro del rango de bajo consumo de energía de 15 mA. Y la capacidad de soportar voltaje de trabajo es extremadamente alta, el máximo puede soportar 800 V rms. La capacidad de supresión de transitorios en modo común también es excelente, con un mínimo de 25 kV / µs y generalmente 50 kV / µs.
resumen
La tecnología de aislamiento digital es una tendencia inevitable del desarrollo del aislamiento, y la industria de los aisladores digitales domésticos sigue siendo un mercado subdesarrollado. En el próximo número, nos centraremos en los fabricantes nacionales de aisladores digitales para ver cómo pueden ayudar al mercado nacional a eliminar la dependencia de las importaciones.