數字隔離器是什么？

某些電路在嘗試互相通信時會受損，而數字隔離器可使電路在互相通信時避免受損。在本問答中，Silicon Labs （亦稱“芯科科技”）電源產品部營銷總監RudyeMcGlothlin 先生精辟地回答了有關這些用于平衡安全性和性能的設備和技術的一些問題。

首先是什么在推動工業市場使用隔離組件？

有許多需求在推動隔離組件的使用。主要推動因素是組件保護、用戶安全、信號電平轉換和遵守安全規定的系統要求。在所有情況下，隔離組件都通過實現額外的功能并確保系統安全運行來為系統增加價值。

添加隔離設備會對我的電路有何影響？

在許多情況下性能都會提高，并且在所有情況下組件安全性都會提高。隔離設備允許多個電源域共存和通信，這意味著敏感電路與開關電路會被隔離開來。現代化數字隔離技術支持大規模集成，這意味著電路組件數量可以減少。性能、效率、大小和成本都是添加隔離設備時可能會受到影響的方面。

數字隔離設備是為符合安全規定而創建的，同時可最大限度地發揮現代化 CMOS 技術的優勢

那么我在考慮為我的應用使用隔離組件時，有何選擇？

直到最近十年，設計者還都在使用光電耦合器來滿足隔離需求，但從那時起，數字隔離技術已經取得了很大進展。現在，基于 CMOS的數字隔離技術已成為系統中隔離任務的首選技術。

光電耦合器和數字隔離設備有什么區別？

簡單來說，光電耦合器是一種混合設備，使用 LED 發出的光將數據傳輸到隔離柵另一端的光檢測器。邏輯高狀態時，LED 亮起，邏輯低狀態時，LED 熄滅。光電耦合器功耗高，易于老化和受溫度影響，并提供有限的數據速率，通常低于1Mbps。

但是，數字隔離設備是為符合安全規定而創建的，同時可最大限度地發揮現代化 CMOS技術的優勢。為此，數字隔離設備使用半導體工藝技術來創建變壓器或電容器，以便傳輸數據而不是傳輸光。通過使用這種技術，性能和功能集成都得到了改善。

對尚在猶豫要不要棄用光電耦合器而改用數字隔離器的人，您有何最佳建議？

光電耦合器雖然已并入許多設計中，但是基于過時的 LED 技術，其輸出因輸入電流、溫度和年齡而有顯著變化。這降低了設備在生命周期內的性能。數字隔離組件可輕松提供占用空間更小的多通道隔離解決方案，由于故障率更低可提高系統可靠性，可提供兩倍的電氣噪聲抗擾度，可在更寬的溫度范圍（-40oC至125oC）內工作，而且不會隨著時間的推移老化或降低性能。通常，使用高頻載波代替光能夠實現低操作功率和高速操作，這可支持精確的時序規格。

光電耦合器雖然已并入許多設計中，但是基于過時的 LED 技術，其輸出因輸入電流、溫度和年齡而有顯著變化。

我完全相信你說的話，那么我在為我的應用選擇特定數字隔離器時，要考慮哪些因素？

功能集和隔離性能是選擇數字隔離器時要考慮的兩個因素。就功能集而言，要考慮隔離通道的數量和通道配置。傳播延遲等時序規格應適合您的系統。就隔離性能而言，重要的是要了解系統所需的隔離等級。瞬態噪聲抗擾度和電磁輻射情況是與隔離結構相關的其他考慮因素。就隔離等級而言，鑒于系統環境，可能要考慮封裝選項。

設計者決定改用數字隔離器后，面臨的最大挑戰是什么？

第一個挑戰是為各個應用選擇正確的數字隔離器。如前所述，每個組件都有自己的規格，就像每個應用都有特殊需求一樣。一旦確定和設計了適當的設備，系統設計者便可以其典型的方式進行系統評估。

我要為我的應用考慮哪些安全要求？

一旦您確定了應用的需求，您就需要確保設備符合 UL、CSA、VDE 和 CQC 等頂級安全認證機構要求達到的相應安全標準。這些安全認證機構使用其組件安全標準來限定和指定安全組件的一分鐘耐壓等級，這通常為 2.5kVrms、3.75kVrms 或 5kVrms，或其生命周期內的工作電壓，這通常在 125Vrms 至1,000 Vrms 之間。所有Silicon Labs 的組件安全證書都可通過訪問silabs.com 在線申請。

數字隔離器的隔離柵的典型預期壽命是多久？

這取決于所用材料及其厚度。使用的標準材料包括聚合物基、聚酰亞胺基或基于二氧化硅的絕緣體。一般來說，隔離柵的使用壽命可輕松超過 25 年。

我有望找到哪些標準額定電壓？

常見的一分鐘額定電壓為 1 kVrms、2.5 kVrms、3.75 kVrms 或 5 kVrms，具體取決于設備制造商。為了提供浪涌保護，有些設備可以達到 10kVpk。

您的產品支持哪些爬電距離和電氣間隙？

終端系統對基本絕緣和需要高達 250 Vrms 有效絕緣的加強絕緣提出的兩種最常見的爬電距離和電氣間隙要求分別是 3.2mm 和 6.4mm。通常，SiliconLabs 的窄體 SOIC封裝和寬體 SOIC封裝分別支持大約 4 mm和大約 8 mm的爬電距離/電氣間隙。