Unsere Isolationsfrage – Optokoppler oder Digitalisolator?

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Vorteile von Lösungen mit Digitalisolatoren

Darüber hinaus können Digitalisolatoren dauerhaft Arbeitsspannungen von über 400 V erreichen und in einem Temperaturbereich von –40 bis +125°C für stabile Signallaufzeiten sorgen.

Sie unterstützen Datenraten bis über 250 MBit/s, arbeiten mit geringster Leistungsaufnahme und ermöglichen eine höhere Bestückungsdichte sowie einen höheren Integrationsgrad, sodass sich der Platzbedarf von industriellen Geräten verringert.

Grundsätzlich eignen sich unterschiedliche Techniken für die Produktion von Digitalisolatoren. Die Mehrzahl dieser Bauelemente beruht jedoch auf kapazitiver oder induktiver Technik.

Herstellungstechniken von Digitalisolatoren

Das Erzielen einer guten Isolation hängt vorrangig damit zusammen, wie die induktiven und kapazitiven Strukturen unter Verwendung der gewählten Prozesstechnologie hergestellt werden. Beide Strukturen erreichen eine Leistung, die die Fähigkeiten von Optokopplern erreicht oder übertrifft, jedoch entscheidet die zur Herstellung der Isolationsbarriere verwendete Technik darüber, ob das finale Produkt tatsächlich robuste elektrische Eigenschaften an den Tag legt.

Digitale Isolation

Den Aufbau eines Isolators in Hinblick auf die Sicherheit abwägen

Schraubt man das Niveau höher, wird deutlich, dass die nutzbare Datenrate der induktiven Isolationstechnik auf etwa 150 MBit/s begrenzt ist. Ferner kommt die geringere Leistungsaufnahme dieser Technik nur bei Datenraten bis zu 7 MBit/s zum Tragen. Abgesehen davon weist sie in der Regel eine höhere Immunität gegen Gleichtaktspannungsspitzen auf, auf die es in Motorsteuerungsapplikationen ankommt.

Andererseits sind Isolatoren auf der Basis induktiver Technik designbedingt empfindlicher gegen elektrische und magnetische Felder, sodass sie für industrielle Anwendungen mit starken elektrischen Störbeeinflussungen (z.B. Motorantriebe) weniger geeignet sind.

Die kapazitive Isolationstechnik kann abhängig vom Aufbau des Kondensators und der verwendeten Prozesstechnologie höhere Datenraten von über 150 MBit/s erzielen. Kapazitive Isolatoren bieten bei Datenraten über 1 MBit/s die geringste Leistungsaufnahme und können die höchsten Kanaldichten erzielen, was den Weg für die weitergehende Integration mit RS485-Transceivern und Leistungstreibern sowie analogen und digitalen E/A-Funktionen ebnet.

Grenzen werden der Realisierung kapazitiver Isolationsprodukte lediglich durch die auf dem Markt verfügbare Prozesstechnologie gesetzt. Die Stärke von Maxim liegt in seiner Fähigkeit, hochvolttaugliche Prozesstechnologien ins Spiel zu bringen, um den Anforderungen des Industrie- und Medizintechnikmarkts auf kreativere Weise gerecht zu werden.

* Jeff DeAngelis arbeitet als Executive Director für Industrial Power, Communications and Ultrasound bei Maxim Integrated in San Jose, USA.

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