光耦隔离器与数字隔离器对比

2021-11-12 10:10分类：电子元器件阅读：

光耦隔离便是选用光耦合器开展防护。光耦合器的构造等同于把发光二极管和光敏三极管封裝在一起。光耦隔离电源电路使被防护的两一部分电源电路中间沒有电的同时联接，主要是避免因为有电的接入而导致的影响，尤其是低电压的控制系统与外界髙压电源电路中间。

数据隔离器在规格、速率、功能损耗、便捷性和稳定性领域具备光耦合器所无可比拟的很大优点。

很多年来，工业生产、诊疗和其它防护系统软件的设计方案工作人员完成安全性防护的方法比较有限，唯一有效的选取是光耦合器。现如今，数据隔离器在特性、规格、成本费、高效率和处理速度层面均有优点。掌握数据隔离器三个重要因素的特征以及内在联系，针对合理挑选数据隔离器十分关键。这三个因素是：绝缘层材料、构造和传输数据方式。

光耦隔离器

光藕合部件是较早的隔离器，也称之为光耦隔离器或光耦合器，通称「光电耦合器」（optos）。第一代光电耦合器于1960年代获得专利权。初期的形式包含小型白炽灯一次侧上的全透明（电子光学全透明）塑胶，做为绝缘层或介电层和激光光路，及其次级线圈侧上通过阳光照射开展调整的光敏电阻器。以后开发设计出更精湛的光藕合部件，以便捷系统软件设计师工作中。

图1：光藕合和电容耦合CMOS隔离器的操作过程基本原理

这种大部分全是一次侧上某类发亮构造（小型电灯泡被以半导体材料为原材料的发光二极管或LED替代），再再加上多种多样种类的光感应部件，如光敏电阻器、光学晶体三极管、光电二极管或三端双重闸流器（TRIAC），使设备适用直流电和沟通的各类运用。

直到1990年代中后期以CMOS为基本的数据隔离器发展趋势出以前，光电耦合器大部分是唯一的解决方法。数据隔离器应用电感器（带磁）或电容耦合来传送信号，图1注重光耦合器和数据隔离器中间的技术性差别。图2为光耦合器和数据隔离器的X光图，实际呈现这种部件的物理化学构造。

图2：光耦合器部件（左）和数据隔离器部件（右）的X光图

光电耦合器的脆化特点非常显著，在恒定电流下LED的量子效率（界定为总电子器件量与入射角子的比率）伴随着時间衰减系数，这是由于PN接面的电气设备和溫度地应力渐增的缘故。这将危害光耦合器的长时间稳定和实际操作，特别是在高溫实际操作自然环境更为显著。设计师能够通过一些方式延迟脆化：

减少具体使用期限；

降调二极管的工作电流和工作温度；

防止一瞬间巨大电流量。

自然，以上这种操作步骤限定了应用实例，即便隔离器在本身存有这类情况的体系中更为有效。数据隔离器则沒有这种物理学限定。光电耦合器通过PN接面的二极管造成功效，因此变换速度相对性比较慢。因而，光电耦合器的数据信息传输速率比较慢，传送延迟时间和偏位也愈发显著。

产业链发展趋势和CMOS数据隔离器

在网络带宽要求和用电量日渐发展的情形下，以CMOS为基本的数据隔离器给予一个理想化的解决方法。防护运用在工业生产销售市场中极为普遍，比如工厂自动化、制造操纵、可程序化交易逻辑性控制板（PLC）或可编程控制器自动化技术控制板（PAC）、电机推动操纵和ups电源（UPS）等机器设备。工控自动化是隔离器的最大的销售市场，工业生产系统软件设计师们十分重视CMOS隔离器所产生的益处，包含高溫自然环境实际操作、出色的部件配对性、降低偏位和高耐噪性。

别的关键运用包含用以电信网产业基地台和网络服务器的隔离电源，这种都为日新月异的互联网全球给予基础设施建设驱动力。隔离电源生产商是电子信息技术的初期使用者，这种开关电源关键运用于网络服务器和电信网产业基地台。功率是市面上的重要主要参数，或称之为W/mm3，有利于全世界翠绿色机构提倡生态环境保护，提高电力能源应用效果并降低损耗。事实上，高效率系统软件代表着越来越少的热量损害，由于不用再次应用大中型的散热器占有室内空间，因此可以进一步变小系统软件规格。相比于光电耦合器，CMOS数据隔离器技术性的较大危害取决于这种新式防护部件的脉宽特点。

数据隔离器和LED以变换PN接面为基本来开展信号传送不一样，转化率因而大幅度提高。融合规范硅晶CMOS技术性选用较小几何图形规格、高可重复性和平稳制造所出示的优点，时钟频率主要参数比如传送延迟时间、脉冲宽度失帧或偏位、部件配对性和共模瞬变抗噪音工作能力（CMTI）等，都是有巨大的改进。在隔离器产业链中，CMTI大部分意味着共模噪音承受工作能力，以工作电压旋转率kV/？s作为规范。光电耦合器受制于选用化学物质半导体材料的制造技术性，较适用电子光学运用，不宜制成别的迅速和高准确性的部件。数据隔离器的不仅有优点取决于帮助开关电源OEM生产商更有效的操纵输出功率转化器的控制回路时钟频率，以进一步提高高效率。

数据隔离器也在汽车制造业中创造了新兴经济体，虽然传统式的规范燃气轮机（ICE）推动车辆几乎不选用隔离器，但自打EV面世至今，这种运用慢慢更改。现阶段EV或各种各样的混合动力车辆（HEV）一般配备200V~400V高电压充电电池，将来的行业发展趋势选用更高电压的充电电池，借此做到更好的输出功率和/或电池电量及其续航能力。这类高电压充电电池务必应用隔离器，保证车辆内不一样工作电压场所的安全系数和信号传送。很多汽车工业大型厂争相资金投入EV/HEV合理布局，为了更好地提升高溫实际操作、可靠性和抗噪性，汽车工业变成数据隔离器技术性的选用先行者。EV/HEV的用户运用如充电电池智能管理系统（BMS）和充电头，加快促进销售市场上对隔离器的要求。

光电耦合器占有了隔离器销售市场的绝大多数，乃至在性能卓越销售市场（数据速率最少为1Mbps的隔离器商品和闸极控制器等特殊商品）也是这般。虽然光电耦合器受制于原有的功能缺点，在市場上依然具有一些优点。较大的优点，为几十年来光电耦合器一直是操作实务上的解决方法，设计方案工作人员对应用光电耦合器觉得安心和更为安全性，终究隔离器归属于安全性部件。

相较初期只有给予基本上绝缘层（约2.5kV阻燃等级）的一般商品，数据隔离器技术性持续完善。现如今，数据隔离器可给予加强和二倍阻燃等级（5kV或高些），而能和光电耦合器的安全系数一概而论。光电耦合器的另一个优势是他们实质上不会受到外界电磁感应（EM）场危害和超低的辐射源电磁感应噪音，这对充斥着高电磁设备的工业生产销售市场尤其关键，比如加工厂车间的轻载磁感应电机和电子控制系统均会得到这种外界电磁感应的影响。

相比于电磁感应藕合数据隔离器，电容耦合数据隔离器对外界磁场具有高宽比防护性和低辐射危害。一般而言，数据隔离器在时钟频率特点、使用寿命可靠性、CMTI和高溫实际操作领域具有优点。表1简要说明了光电耦合器和CMOS数据隔离器的优点和缺点。数据隔离器商品的增长率大概是总体防护销售市场的二倍，表明终端产品针对将传统式光电耦合器变换为数据隔离器满怀信心。

表1：光耦合器和数据隔离器较为

兼容模式和检测标准

防护检测标准饰演非常关键的人物角色，可保证终端产品采用的防护解决方法根据全世界规范检测和检测，并具有优良效率。在这些方面，数据隔离器生产商和光电耦合器生产商觉得终端产品才算是最后的获益者，因而协作定义出全新升级的兼容模式规范，该规范并不是简单地遵循旧法，只是对于光耦合器和CMOS数据隔离器中间，生产制造和设计方案的差别定义出的主要规范。此项新的VDE 0884-11规范早已发布起效。除此之外，将要发表的IEC标准版本号──IEC 60747-17也将为顾客缓减过去的担忧。