Serie Isolation Unterschiede zwischen digitalem Isolator und Optokoppler

Isolatoren und Optokoppler unterscheiden sich hinsichtlich Größe, Architektur, Werkstoff und Zuverlässigkeit. Eine wichtige Kenngröße ist hier die Durchbruchspannung pro Mikrometer.

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Bürklin GmbH & Co. KG

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Texas Instruments Deutschland GmbH

Die kapazitiv basierte galvanische Isolationstechnik von Texas Instruments unterscheidet sich in mehrfacher Hinsicht von Optokopplern. Am augenfälligsten ist die Art und Weise, wie die Isolation implementiert ist. An dieser Stelle sollte deswegen zunächst der Begriff ‚Isolation‘ definiert werden.

Im Wesentlichen ist Isolation eine Art von Schutz. Es handelt sich um ein Medium, das eine Kommunikation zwischen zwei Punkten ermöglicht, ohne dass ein direkter Strom zwischen diesen Punkten fließt. Basiert die Technik auf Optokopplern, wird die zu übertragende Information an eine LED geschickt, deren Licht von einem Fotoempfänger wieder in ein elektrisches Signal verwandelt wird, das dann an die weiteren Schaltungen gelangt. Dies kann man sich so ähnlich vorstellen, wie wenn man mit einer Taschenlampe Morsezeichen sendet.

Die Isolationsbarriere entsteht durch die LED und die Distanz, die das Licht durch das Gehäusematerial überbrückt. Die Isolationswirkung von Optokopplern hängt somit von den Bestandteilen des Gehäuses zusammen.

Bei der kapazitiven Isolationstechnik von Texas Instruments erfolgt die Signalübertragung stattdessen mit einer Reihe von Schaltungen, deren zentrales Element ein aus Siliziumdioxid hergestellter Kondensator ist. Die Signalinformationen werden durch den Kondensator geschickt, und auf der Gegenseite werden die Signalinformationen mithilfe eines flankenbasierten Erkennungsverfahrens wieder extrahiert. Dabei fließt zu keinem Zeitpunkt ein direkter Strom zwischen Eingang und Ausgang. Es ist so, also würde man an die Wand klopfen, um Informationen an eine Person im Nebenzimmer zu übermitteln.

Wichtige Kennwerte Isolator – Optokoppler im Vergleich

Wollte man sämtliche Facetten der Unterschiede zwischen beiden Techniken abhandeln, könnte man einen ganzen Kurs zu diesem Thema halten. Hier soll es jedoch nur um einige wichtige Aspekte gehen.

Als erstes sind die Streuungen von einem Bauelement zum anderen anzusprechen. Da es praktisch unmöglich ist, einen Baustein herzustellen, der mit einem anderen absolut identisch ist, muss man mit diesen Streuungen einfach leben. Relevant ist deshalb das Ausmaß dieser Streuungen. Wie bereits gesagt, basiert die Isolationstechnik von Texas Instruments auf einem Siliziumdioxid-Kondensator. Da sich dessen Abmessungen im Mikrometerbereich bewegen, liegen auch die auftretenden Streuungen in diesen mikroskopischen Dimensionen.

Digitale Isolation

Den Aufbau eines Isolators in Hinblick auf die Sicherheit abwägen

Die Isolationswirkung eines Optokopplers stützt sich dagegen auf das Gehäuse, sodass Streuungen und Fehler im Montageprozess hier naturgemäß größer ausfallen. Bei näherer Überlegung kann man zu dem Schluss kommen, dass das relative Ausmaß der Streuungen und des Rauschens gleich sein können. In einem absoluten, praxisbezogenen Vergleich kommt es hierauf aber nicht wirklich an.

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