Классификация изоляторов делит их на несколько основных типов по принципу работы и технологии изготовления. Существуют емкостные, индуктивные, радиочастотные и оптические изоляторы для гальванической развязки.
1. Емкостные изоляторы
являются одним из самых простых и дешевых типов. Суть технологии - это использовании высоковольтного конденсатора в качестве изолирующего барьера. Конденсатор разрывает цепь и препятствует протеканию прямого тока. Через изоляционный барьер передаются только изменения в уровнях логического сигнала, но не сами уровни (т.н. связь по переменному току, AC coupling).
Недостатком емкостной изоляции является зависимость передаваемого сигнала от напряженности электрического поля между полюсами конденсатора, для компенсации чего производители применяют различные типы модуляции.
2. Индуктивные, или магнитные изоляторы
используют эквивалент трансформатора, состоящего из передающей и принимающей катушек. Трансформатор гальванически разрывает цепь, и может передавать высокочастотные сигналы переменного тока посредством магнитной связи между катушками. Магнитный изолятор должен иметь модулятор и демодулятор для преобразования логических уровней в ВЧ-сигналы и обратно.
3. Радиочастотные изоляторы (RF isolation)
используют амплитудную или частотную манипуляцию для преобразования логических сигналов в радиоимпульсы, которые с помощью магнитной или емкостной связи передаются от передатчика к приемнику. Такой подход решает проблему сохранения логических уровней постоянного тока, но для его реализации также требуются дополнительные компоненты – РЧ модулятор и демодулятор.
4. Оптические изоляторы на основе оптопар
используют оптическую связь для передачи информации через изоляционный барьер. Сигнал на входе изолятора управляет интенсивностью свечения светодиода, а фотодиод на другой стороне изоляционного барьера принимает оптический сигнал, включая и выключая выходной транзистор.
В отличие от других типов изоляции, использующих магнитные или электростатические поля, оптический изолятор может передавать сигнал на большее расстояние, что позволяет увеличить толщину изоляционного барьера. Спектр световой волны находится в области терагерцовых частот, что исключает какую-либо интерференцию с существующими электромагнитными сигналами.
Сравнение технологий: расстояние через изоляцию, DTI
Передача сигнала посредством световых волн дает оптическим изоляторам существенные преимущества в виде параметра DTI, Distance Through Isolation.
Толщина диэлектрического барьера в оптических изоляторах может быть на несколько порядков больше, чем у изоляторов других типов. DTI является наименьшим расстоянием между изолированными цепями; в этом слое диэлектрика напряженность электрического поля всегда максимальна.
Пример.
- Типовой индуктивный изолятор в виде КМОП-микросхемы использует в качестве изоляционного материала ленту полиимида толщиной всего около 17 мкм.
- Для емкостных изоляторов на базе диоксида кремния (SiO2) толщина изоляционного барьера и вовсе может составлять 8 мкм.
- «Стандартный» для оптических изоляторов DTI составляет 400 мкм и выше.
Параметр DTI важен для выбора изолятора: чем тоньше диэлектрик, тем выше в нем напряженность электрического поля при нормальной работе и при воздействии ЭСР.
Большая толщина диэлектрика в оптических изоляторах уменьшает нагрузку на изоляционный барьер и позволяет продлить срок службы компонентов, увеличивая надежность системы.
Кроме того, DTI важен для электробезопасности устройства. По действующим государственным и отраслевым стандартам расстояние через изоляцию должно составлять не менее 0,4 мм для дополнительной или усиленной изоляции. Некоторые стандарты также требуют наличия двух отдельных слоев диэлектрика для обеспечения усиленной изоляции.
Оптопары Broadcom способны обеспечить три слоя изоляции с суммарным DTI от 400 мкм, в то время, как изоляторы других типов могут предложить, как правило, только один такой слой (рис.1)
Оптроны Broadcom точно соответствуют стандартам электробезопасности, которые позволяют использовать их в практически любых приложениях, в том числе в нефтегазовой и горно-шахтной отраслях. Все это делает их прекрасным решением для создания безопасных и надежных электрических систем
На канале вы найдете ответы:
Как выбрать изолятор для гальванической развязки
К выходу готовится следующая публикация:
Сравнение технологий изоляции по индексу трекингостойкости, CTI
Подпишитесь на наш канал и вы получите уведомление о выходе статьи
На нашем канале вышло новое видео про Изолятор с рабочим напряжением 2260 В, который выдерживает импульсные перенапряжения и с усиленной изоляцией.
Если вам необходима консультация эксперта по выбору изолятора, то напишите нам запрос в форме ниже: