数字隔离器专题

工业自动化与汽车电子的安全防护核心,实现电气隔离与信号传输的完美结合

关于数字隔离器

数字隔离器简介

数字隔离器是一种用于隔离两个电路之间电气连接的半导体器件,能够在不传输电气信号的情况下,通过光、磁或电容等方式传输数字信号。与传统的光耦合器相比,数字隔离器具有更高的传输速率、更低的功耗、更小的尺寸和更长的寿命,是现代工业自动化、汽车电子、医疗设备等领域的理想选择。

数字隔离器主要分为以下几类:

  • 电容耦合型:通过电容耦合实现信号传输,具有高速、低功耗的特点。
  • 磁耦合型:通过磁耦合实现信号传输,具有高隔离电压、高可靠性的特点。
  • 光耦合型:通过光耦合实现信号传输,具有高隔离电压、高噪声抑制能力的特点。

随着技术的发展,数字隔离器的应用范围越来越广泛,已经成为现代电子系统中不可或缺的安全防护组件。

工作原理

数字隔离器工作原理

数字隔离器的工作原理主要基于以下几种隔离技术:

  1. 电容耦合技术:利用电容器的电场耦合原理,将输入信号通过电容耦合到输出端。输入信号经过调制后,通过电容隔离层传输,输出端再进行解调还原信号。这种技术具有高速、低功耗的特点,适用于高频信号传输。
  2. 磁耦合技术:利用变压器的磁场耦合原理,将输入信号通过磁芯耦合到输出端。输入信号经过调制后,通过磁隔离层传输,输出端再进行解调还原信号。这种技术具有高隔离电压、高可靠性的特点,适用于高电压隔离应用。
  3. 光耦合技术:利用发光二极管和光电检测器的光电转换原理,将输入信号转换为光信号,通过光学隔离层传输,输出端再将光信号转换为电信号。这种技术具有高隔离电压、高噪声抑制能力的特点,适用于恶劣环境下的应用。

无论采用哪种隔离技术,数字隔离器都能够实现输入和输出之间的电气隔离,防止高压、噪声和干扰信号从一个电路传导到另一个电路,保护敏感电路和人员安全。

技术特点

高速传输

支持高达10Gbps的数据传输速率,满足现代高速通信系统的需求,远高于传统光耦的传输速率。

低功耗设计

采用先进的半导体工艺和设计技术,功耗仅为传统光耦的1/100,延长系统电池寿命。

高隔离电压

支持高达10kV的隔离电压,能够有效隔离高压电路,保护敏感电路和人员安全。

长寿命

采用半导体技术,无机械磨损,使用寿命可达数百万小时,远高于传统光耦的寿命。

小尺寸

采用小型化封装,尺寸仅为传统光耦的1/5,有利于系统小型化设计,节省PCB空间。

高噪声抑制

具有优异的共模抑制比(CMRR),能够有效抑制共模噪声和干扰信号,提高系统可靠性。

应用场景

工业自动化

在工业自动化领域,数字隔离器用于PLC、DCS、变频器等设备的信号隔离,防止工业现场的高压、噪声和干扰信号影响控制系统的正常工作,提高系统的可靠性和安全性。

汽车电子

在汽车电子领域,数字隔离器用于车载充电器、DC-DC转换器、电机控制器等设备的信号隔离,防止汽车电气系统的噪声和干扰信号影响电子控制单元的正常工作,提高汽车电子系统的可靠性和安全性。

医疗设备

在医疗设备领域,数字隔离器用于监护仪、呼吸机、麻醉机等设备的信号隔离,防止医疗设备的电气故障对患者造成伤害,提高医疗设备的安全性和可靠性。

电源系统

在电源系统领域,数字隔离器用于开关电源、UPS、逆变器等设备的信号隔离,防止电源系统的高压和噪声信号影响控制系统的正常工作,提高电源系统的可靠性和安全性。

通信设备

在通信设备领域,数字隔离器用于路由器、交换机、基站等设备的信号隔离,防止通信线路的噪声和干扰信号影响设备的正常工作,提高通信设备的可靠性和稳定性。

新能源系统

在新能源系统领域,数字隔离器用于太阳能逆变器、风力发电控制器、储能系统等设备的信号隔离,防止新能源系统的高压和噪声信号影响控制系统的正常工作,提高新能源系统的可靠性和安全性。

主要制造商和产品型号

TI

  • ISO7816:电容耦合型数字隔离器,支持高达100Mbps的数据传输速率
  • ISO7842:磁耦合型数字隔离器,支持高达150Mbps的数据传输速率
  • ISO7741:光耦合型数字隔离器,支持高达10Mbps的数据传输速率
  • ISO7637:汽车级数字隔离器,符合AEC-Q100标准

ADI

  • ADuM1201:iCoupler数字隔离器,支持高达100Mbps的数据传输速率
  • ADuM540x:四通道数字隔离器,支持高达250Mbps的数据传输速率
  • ADuM7701:隔离放大器,集成数字隔离功能
  • ADuM144x:四通道数字隔离器,支持高达1Mbps的数据传输速率

Silicon Labs

  • Si860x:数字隔离器,支持高达150Mbps的数据传输速率
  • Si844x:数字隔离器,支持高达20Mbps的数据传输速率
  • Si823x:隔离电源模块,集成数字隔离功能
  • Si828x:隔离栅极驱动器,集成数字隔离功能

NVE

  • IL715:磁阻数字隔离器,支持高达10Mbps的数据传输速率
  • IL3120:磁阻数字隔离器,支持高达25Mbps的数据传输速率
  • IL2120:磁阻数字隔离器,支持高达50Mbps的数据传输速率
  • IL3210:磁阻数字隔离器,支持高达100Mbps的数据传输速率

Broadcom

  • HCPL-063L:高速光耦,支持高达10Mbps的数据传输速率
  • HCPL-4502:高速光耦,支持高达25Mbps的数据传输速率
  • HCPL-7840:四通道光耦,支持高达1Mbps的数据传输速率
  • AFBR-825D:光通信模块,支持高达2.5Gbps的数据传输速率

芯力特(SIT)

  • SIT1602:数字隔离器,支持高达100Mbps的数据传输速率
  • SIT1604:四通道数字隔离器,支持高达100Mbps的数据传输速率
  • SIT1612:数字隔离器,支持高达150Mbps的数据传输速率
  • SIT1614:四通道数字隔离器,支持高达150Mbps的数据传输速率

选型指南

数字隔离器选型要点

  1. 隔离技术:根据应用需求选择合适的隔离技术。电容耦合型适用于高速信号传输,磁耦合型适用于高隔离电压应用,光耦合型适用于恶劣环境下的应用。
  2. 数据传输速率:根据系统的通信速率要求选择合适的数字隔离器。高速应用需要选择支持高传输速率的隔离器,如TI的ISO7816或ADI的ADuM540x。
  3. 隔离电压:根据系统的隔离电压要求选择合适的数字隔离器。工业应用通常需要2.5kV以上的隔离电压,医疗设备可能需要更高的隔离电压。
  4. 通道数:根据系统的信号通道数量选择合适的数字隔离器。单通道、双通道、四通道或八通道隔离器可根据实际需求选择。
  5. 工作环境:根据应用环境的温度范围、湿度、振动等条件选择合适的芯片等级(商业级、工业级、汽车级等)。
  6. 电源电压:根据系统的电源电压选择合适的数字隔离器,确保隔离器的工作电压范围与系统电源匹配。
  7. 封装形式:根据PCB设计的空间限制选择合适的封装形式,如DIP、SOIC、TSSOP、QFN等。
  8. 共模抑制比(CMRR):对于高噪声环境下的应用,需要选择具有高CMRR的数字隔离器,以有效抑制共模噪声和干扰信号。
  9. 成本因素:在满足性能要求的前提下,考虑隔离器的成本,选择性价比高的产品。
  10. 供应商支持:选择有良好技术支持和充足供货能力的供应商,确保项目的顺利进行。

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