격리의 발전 추세에 따른 국제 벤치마크 디지털 아이솔레이터
디지털 아이솔레이터
디지털 아이솔레이터는 전기적 아이솔레이터 상태에서 디지털 신호 전송을 구현하는 장치로 갈바닉 절연 디지털 신호 경로를 제공하는 기본적인 기능을 한다. 전자 시스템에서 디지털 신호와 아날로그 신호가 전송될 때 디지털 절연기는 전자 시스템과 사용자 사이의 절연을 실현하기 위해 고저항 절연 특성을 갖게 합니다.
절연을 도입하는 이유는 안전 규정을 충족하거나 접지 루프 노이즈를 줄이기 위함입니다. 갈바닉 절연은 데이터 전송이 전기 연결이나 누출 경로를 통하지 않도록 하여 안전 위험을 방지합니다. 그러나 격리는 지연, 전력 소비, 비용 및 크기 측면에서 제한을 가져올 수밖에 없습니다. 디지털 절연기의 목표는 부작용을 최소화하면서 안전 요구 사항을 충족하는 것입니다. 현재 디지털 절연기는 주로 광 커플러 절연기, 자기 결합 절연기 및 용량 성 결합 절연기의 세 가지 유형을 포함합니다.
가장 일반적인 광 커플러 디지털 절연기는 일반적인 절연 요구 사항을 충족할 수 있지만 수명이 짧고 전력 소비가 높으며 점차적으로 교체됩니다. 정전 용량 결합은 온칩 정전 용량 원리를 채택하여 긴 수명, 낮은 전력 소비 및 높은 전송률로 신호 절연 전송을 실현합니다. 자기 결합 유형은 용량 결합을 기반으로 추가 에너지를 전달할 수 있으므로 아이솔레이터의 적용 분야를 크게 확장할 수 있습니다.
TI 디지털 아이솔레이터
TI의 기본 디지털 아이솔레이터와 강화된 디지털 아이솔레이터는 높은 작동 전압, 낮은 방사, 낮은 전력 소비 및 높은 효율의 장점을 가지고 있습니다. TI 시리즈는 일반적으로 이러한 특성을 달성하기 위해 절연 재료에 독점적인 이산화규소(SiO2) 절연 게이트를 사용합니다. 기본 성능 요구 사항 외에도 TI의 디지털 절연기는 소형 또는 비용에 민감한 애플리케이션도 충족할 수 있습니다.
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(ISO67xx 시리즈, TI)
ISO67xx 시리즈는 저비용 설계 애플리케이션에 중점을 두면서 우수한 신호 절연 성능을 제공하는 용량 결합 디지털 절연기입니다. 이 디지털 절연기 시리즈는 다양한 채널 옵션을 제공하여 다양한 애플리케이션 구성(SPI, UART, CAN, RS-485, GPIO 및 I2C 신호)에서 중요한 회로의 보호를 개선하는 데 도움이 됩니다.
이 시리즈의 ISO6741 특정 제품의 관점에서 ISO6741은 저전력 작동 및 레벨 변환을 통해 설계 유연성을 개선하고 1.71V ~ 5.5V의 넓은 전원 공급 전압 범위를 지원하는 4채널 디지털 절연기입니다. 8kV(접점) ESD 성능은 유지보수 중 절연체 손상을 방지합니다. 데이터 속도는 최대 50Mbps이고 작동 전압은 최대 1500V이고 일반적인 공통 모드 과도 내성은 75kV/µs입니다. 위의 지수 수준에서 ISO6741은 깨지지 않는 격리 장벽을 제공한다고 말할 수 있습니다.
ISO67xx 시리즈가 저비용 애플리케이션을 위한 탁월한 선택을 제공한다면 ISO70xx 시리즈는 업계 최고의 초저전력 소비를 제공합니다.
ISO67xx 제품의 전체 범위는 4.2μA의 낮은 채널당 전류 소비, 20μA 미만의 10kbps에서 총 전류 소비, 2Mbps까지 전력 확장이 가능한 초저전력에서 실행할 수 있습니다. ISO67xx는 저전력 소비와 동시에 공통 모드 과도 내성을 위해 3kVrms의 절연 전압과 100kV/μs의 일반 값을 지원하므로 이 절연 강도는 충분히 신뢰할 수 있습니다.
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(ISO6741, TI)
ADI 디지털 아이솔레이터
ADI의 디지털 절연기는 iCoupler 기술을 사용하여 무제한 설계를 달성하는 자기 결합 디지털 절연기입니다. 전반적으로 ADI의 디지털 절연기는 견고성과 다중 채널 유연성(최대 6개 채널) 면에서 큰 이점이 있습니다.
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(ADuM141ES, ADI)
항공우주 애플리케이션을 위한 150MBPS 4채널 디지털 절연기인 ADuM141ES는 ADI의 특허 받은 iCoupler® 기술을 사용합니다. 이러한 절연 부품은 고속 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)와 모놀리식 공심 변압기 기술을 결합하여 더 나은 성능 특성을 제공합니다.
특정 수치적 관점에서 ADuM141ES가 5V에서 실행될 때 최대 전파 지연은 13.5ns이고 펄스 폭 왜곡은 3ns 미만이며 공통 모드 과도 내성이 매우 높아 100kV/μs. 동시에 ADuM141ES 데이터 채널은 서로 독립적이며 400V rms의 정격 전압을 견딜 수 있습니다. 이 장치는 1.8V-5V 사이의 전원 공급 장치 전압에서 작동하며 더 낮은 전압 시스템과 호환되며 절연 장벽에서 전압 변환을 지원합니다.
저소비전력도 전류값에 반영되며, 150MBPS에서 1면의 전원전류는 17mA, 2면의 전원전류는 17.5mA로 데이터 전송률을 확보하고 소비전력을 절감할 수 있다.
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(ADuM260N, ADI)
4채널 ADuM141ES의 성능은 충분히 강력합니다. 이제 통합 페일 세이프 및 역방향 채널이 없는 강력한 5.0kVrms 6채널 디지털 절연기를 살펴보겠습니다.
공통 모드 과도 내성 100kV/μs, 5V에서 13ns 전파 지연, 1.8V에서 15ns의 짧은 대기 시간, 최대 데이터 속도 150Mbps, VIORM 피크 849V 안전 인증, 1분 5000V rms UL 인증, 125℃ 높이 온도 작업 환경, 16핀 와이드 바디 SOIC_IC 패키지. 높은 작동 전압, 낮은 방사선, 낮은 전력 소비 및 높은 효율은 위의 데이터에 충분히 반영되어 있습니다.
도시바 디지털 아이솔레이터
Toshiba의 디지털 절연기는 주로 광커플러를 사용하므로 위에서 언급한 TI 및 ADI에서 제공하는 고성능 디지털 절연기보다 성능이 약합니다.
Toshiba TLP350은 다양한 인버터(산업용 인버터, UPS 및 태양광 발전용 파워 컨디셔너 등) 전력 소자 게이트 드라이브 IC에 사용되는 최신 디지털 절연기 제품입니다. 장치는 주로 신뢰성이 향상되고 비용이 저렴합니다.
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(TLP350, 도시바)
TLP350은 비정상 턴오프 시 발생하는 서지 전압 상승을 억제하여 전원기기의 고장을 방지할 수 있습니다. 전원 전압이 비정상이고 과전류가 감지되면 오류 신호가 피드백됩니다. 동시에 과전류 감지의 소프트 턴오프 기능은 전원 장치를 더 부드럽게 끄도록 합니다. 이러한 개선 사항은 안정성과 안정성에 중점을 둡니다.
기술 매개변수만으로 시작하기 때문에 광커플러는 다른 유형에 비해 자연스러운 단점이 있습니다. 이 제품의 정격전류는 2.5A로 소비전력 부담이 크다. 공통 모드 과도 억제는 25kV/µs이며, 이는 실제로 광커플러 제품에서 매우 우수합니다.
Broadcom 디지털 절연기
Broadcom은 항상 광절연기의 선두 공급업체였습니다. 현재 우리는 신뢰성이 높은 군용 밀폐형 광커플러, 산업용 애플리케이션용 갈바닉 절연 광커플러, 자동차 등급 애플리케이션의 절연 및 신뢰성 요구 사항을 충족하도록 설계된 광커플러를 제공합니다.
광커플러 전문가이지만 ACML-74xx 시리즈 CMPS 디지털 절연기는 두꺼운 절연을 통한 자기 결합을 채택하여 고속 및 높은 절연 성능과 높은 데이터 전송률에서 낮은 전력 소비를 제공합니다. CMOS 디지털 절연기의 HCPL-90xx/-09xx 시리즈는 GMR(거대 자기 저항) 기술과 고속 성능 및 우수한 과도 내성 사양을 통합합니다.
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(ACML-7400, 브로드컴)
ACML-74x0 시리즈 CMOS 디지털 아이솔레이터는 높은 데이터 속도에서도 적은 양의 전력을 소비하며 컴팩트한 표면 실장을 통해 과도 억제 성능을 달성할 수 있습니다. 이 CMOS 디지털 절연기는 36ns의 최대 전파 지연과 3ns의 최대 펄스 폭 왜곡을 충족합니다. 또한 100MBd의 데이터 속도로 실행할 수 있습니다.
위 그림의 4채널 ACML-7400 CMOS 디지털 아이솔레이터는 단방향 소자로 구성되어 있으며, 한 방향으로 4채널이 있으며, 각 채널은 일반적으로 15mA의 저전력 소비 범위 내에 있습니다. 그리고 작동 전압 내성 능력은 매우 높으며 최대 800V rms를 견딜 수 있습니다. 공통 모드 과도 억제 기능도 우수하여 최소 25kV/µs 및 일반적으로 50kV/µs입니다.
요약
디지털 절연 기술은 절연 개발의 불가피한 추세이며 국내 디지털 절연 산업은 아직 개발되지 않은 시장입니다. 다음 호에서는 국내 디지털 절연기 제조업체에 초점을 맞춰 국내 시장이 수입 의존도를 줄이는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 알아보겠습니다.