Что такое цифровой изолятор?

Что такое цифровой изолятор?

Цифровой изолятор — это устройство, используемое для изоляции передачи и приема цифровых сигналов.

Изоляция очень важна в электрических цепях, предотвращая короткое замыкание или повреждение оборудования. Кроме того, наличие необходимых деталей с хорошей изоляцией предотвращает протекание тока в другие части цепи, что помогает устранить шум и отправлять нормальные сигналы.

Кроме того, цифровые изоляторы — это электронные устройства, которые, как ожидается, будут применяться в широком спектре оборудования из-за их длительного срока службы и низкого энергопотребления.

Применение цифровых изоляторов

Цифровые изоляторы широко используются в устройствах, которым требуется изоляция в электронных цепях. Прежде всего, они используются в промышленном оборудовании, где существуют большие разницы напряжений между устройствами. Источники питания, которым требуются большие напряжения, или большие двигатели и детали, которые работают с малым напряжением, расположены близко друг к другу и должны быть изолированы там, где существует большая разница напряжений.

Это необходимо для предотвращения повреждений, вызванных приложением высокого напряжения к деталям, которые работают с низким напряжением. Далее, это также используется для медицинского оборудования, такого как рентгеновские аппараты и АЭД. Эти медицинские устройства часто используются руками, и их цель — предотвратить выход электрического тока наружу и поражение электрическим током.

В автомобилях цифровые изоляторы используются для защиты электронных блоков управления и других бортовых устройств в транспортных средствах, использующих высоковольтные источники питания, таких как электромобили и гибридные автомобили.

Принцип работы цифровых изоляторов

Существует два типа цифровых изоляторов: магнитная изоляция и емкостная изоляция.

1. Метод магнитной изоляции

Цифровые изоляторы с магнитной изоляцией используют катушки на передающей и приемной сторонах соответственно. Используя катушки на передающей и приемной сторонах, выполняется преобразование между электрическими сигналами и магнитной энергией.

Он может работать на высоких скоростях, но недостатком является то, что чем выше скорость, тем выше потребление тока. Кроме того, шумовые характеристики хуже, чем у следующего типа емкостной изоляции.

2. Емкостный метод изоляции

Это цифровой изолятор, использующий конденсатор. При передаче и приеме электрические сигналы преобразуются в заряд и разряд с помощью конденсаторов. Метод емкостной изоляции имеет особенно превосходные шумовые характеристики и, как и метод магнитной изоляции, может использоваться на высоких скоростях. Кроме того, потребление тока не связано со скоростью, а скорее является невыгодным на низких скоростях.

Оба метода имеют преимущество в виде длительного срока службы и высокой скорости, а также обладают превосходной производительностью по сравнению с предыдущими изоляторами. Однако единственным недостатком является то, что цифровые изоляторы могут обрабатывать только цифровые сигналы, а не аналоговые.

Структура цифрового изолятора

Структура цифрового изолятора с магнитной изоляцией состоит из двух катушек, расположенных в суперинженерном пластике, называемом полиимидом. Импульсный ток подается на одну катушку для создания небольшого локального магнитного поля, которое, в свою очередь, создает ток в другой катушке.

Емкостно изолированный цифровой изолятор состоит из конденсатора с тонким слоем изоляции из диоксида кремния (SiO2, кремний).

Характеристики цифровых изоляторов

Цифровые изоляторы имеют следующие преимущества по сравнению с обычными оптическими изоляторами

1. Высокая диэлектрическая прочность

Цифровые изоляторы характеризуются большой диэлектрической прочностью. Диэлектрическая прочность оптических изоляторов составляет от 1 до 20 Вrms/мкм, в то время как у цифровых изоляторов с магнитной изоляцией она составляет 300 Вrms/мкм и 500 Вrms/мкм для емкостной изоляции, что в 10–200 раз выше, чем у оптических изоляторов.

2. Длительный срок службы

Цифровые изоляторы характеризуются длительным сроком службы. В то время как у оптических изоляторов ожидаемый срок службы составляет около 10 лет, считается, что у цифровых изоляторов ожидаемый срок службы составляет 25 лет и более.

3. Высокая скорость отклика

В то время как оптические изоляторы могут изолировать сигналы до 20 Мбит/с, цифровые изоляторы могут работать со скоростями 150-200 Мбит/с, или примерно в 10 раз быстрее.

4. Низкое потребление тока

Цифровые изоляторы могут поддерживать низкое потребление тока. В частности, емкостный тип изоляции может снизить потребление тока независимо от скорости.