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技术干货 | 光耦仿真器释疑:为何要升级光耦合器技术

时间:2023-12-18    来源:本站    点击:657次   

[摘要]缩小差距:光耦仿真器简介 德州仪器的光耦仿真器融合了传统光耦合器的优势和 TI 基于 SiO2 的隔离技术的优势。光耦仿真器与业内最常见的光耦合器引脚对引脚兼容,有助于无缝集成到现有设计中,同时提供相同缩小差距:光耦仿真器简介 德州仪器的光耦仿真器融合了传统光耦合器的优势和 TI 基于 SiO2 的隔离技术的优势。光耦仿真器与业内最常见的光耦合器引脚对引脚兼容,有助于无缝集成到现有设计中,同时提供相同的信号行为。从设计工程师的角度来看,这些产品在外观和行为上都与光耦合器相似,但采用了 TI 的 SiO2 技术来实现隔离栅。隔离栅能有效地阻止高压信号并防止接地回路,确保系统的安全性和稳定性,使您能够充分利用 SiO2 隔离的优势,包括增强的电气特性、更出色的高压可靠性以及集成额外系统功能的潜力。通过开发这类半导体产品,我们的目标是为您提供两全其美的选择。 如图 1 所示,传统的光耦合器使用 LED 来跨隔离栅传输数字或模拟信息,而光晶体管则在另一侧检测信号。众所周知,光耦合器中使用的 LED 会在其使用寿命内随时间推移而出现老化或劣化效应。LED 的这一特性给系统设计人员带来了很大的麻烦。此外,光耦合器中使用的绝缘材料种类繁多,从空气、环氧树脂到模塑化合物等。表 1 清楚地展示了光耦合器与采用 SiO2 电介质的光耦仿真器在隔离强度上有何区别。

QQ截图20231218142710.png光耦仿真器使用 TI 基于 SiO2 的隔离栅来实现信号隔离,可以避免这两个常见的光耦合器问题。图 2 展示了光耦仿真器的内部结构,其中发送和接收电路模拟了传统光耦合器的功能行为,同时 SiO2 提供了高压隔离。QQ截图20231218142820.png

  • 更低的功耗。传统的光耦合器需要预先进行超裕度设计,以帮助补偿 LED 不可避免的老化效应,因此需要在设计的整个寿命期间提供额外的正向电流 (IF)。TI 的光耦仿真器具有超低的 IF 和电源电流,能够帮助您节省高达 80% 的功率预算。

  • 更高的共模瞬态抗扰度 (CMTI)。数字光耦合器的 CMTI 通常约为 15kV/µs,而 ISOM8710 的最小 CMTI 为 125kV/µs,因此可以在具有超高共模开关噪声或高振铃噪声的应用中使用。

  • 稳定且精确的电流传输比 (CTR)。不必再为获得更精确的 CTR 范围而支付额外费用。ISOM8110 等 TI 光耦仿真器标配各种在温度范围内保持稳定的精确 CTR 范围。

  • 高数据速率。典型的高速光耦合器支持 1Mbps 至 10Mbps 的数据速率,而 ISOM8710 支持 25Mbps 的数据速率。这种支持能够实现更高的吞吐量,使光耦仿真器能够在各种高速应用中使用。

  • 带宽。ISOM8110 支持 680kHz 的高带宽,因此能够缩小必要磁性元件(电感器和变压器)的尺寸。高带宽有助于改善次级侧调节反激式转换器的瞬态响应。而由于瞬态响应得到改善,因此可以缩小输出电容器的尺寸,从而释放布板空间并降低整体系统成本,尤其是在高开关频率的氮化镓设计中。

  • 宽温度范围。光耦合器支持的温度范围通常为 0°C 至 +85°C。虽然有些光耦合器支持更宽的温度范围,但这一特性会增加额外的成本。TI 的光耦仿真器标配支持 –55°C 至 +125°C 的宽工作温度范围,并且在 2024 年将提供更多符合汽车标准的器件。

  • 可靠隔离。光耦仿真器具有更高的高压性能,因此非常适合需要可靠隔离的应用。TI 的光耦仿真器采用 SiO2 来实现绝缘栅,可提供 500V/µm 的隔离能力,这远远超过市场上许多光耦合器中使用的空气介质 (1V/µm)。


结语

光耦仿真器代表着信号隔离技术的重大进步,它将熟悉的光耦合器功能与 SiO2 隔离技术的优势融为一体。借助这些器件,您能够满足现代系统的需求,确保性能、可靠性和安全性得到增强。通过充分利用光耦仿真器,您可以优化设计,迎接隔离技术的新时代。



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