Digitalisolator  (912 Angebote unter 30.803.400 Artikeln)Zum Expertenwissen

Digitalisolatoren als Alternative zu Optokopplern

Zur galvanischen Trennung in elektrischen Schaltungen (IC) bzw. der galvanischen Trennung von Signalwegen werden schon seit vielen Jahren sogenannte Optokoppler eingesetzt. Diese Bauteile unterliegen jedoch einem Alterungsprozess, dessen Auswirkungen sich unter anderen in Schwankungen der Ausgangssignale bemerkbar machen. Weitere Ursachen dieser Ausgangsschwankungen sind Änderungen des Eingangsstroms sowie der Temperatur. Die Hersteller von Optokopplern spezifizieren für ihre Produkte eine Lebensdauer von etwa zehn Jahren. Besonders für Hersteller von industriellen oder medizinischen Geräten stellt dies jedoch ein Problem dar, da diese für ihre Geräte Garantien für weitaus längere Zeitspannen von bis zu mehr als 20 Jahren geben. Eine Alternative bilden hier sogenannte Digitalisolatoren. Diese Bauteile können herkömmliche Optokoppler weitgehend ersetzen. Sie sind wesentlich leistungsfähiger und zuverlässiger als Optokoppler und besitzen zudem eine höhere Störfestigkeit. Es sind auch Digitalisolatoren erhältlich, die sich als direkter Ersatz für herkömmliche Optokoppler eignen, da sie hinsichtlich Anschlusskonfiguration und Gehäuseform kompatibel zum Optokoppler sind.

Funktion von Optokoppler und Digitalisolator

Herkömmliche Optokoppler übertragen Signale über einen optischen Übertragungsweg. Eine Sendediode (LED) gibt Lichtsignale ab, die von einem Fototransistor empfangen werden. Auf diese Weise wird ein Signalweg ohne direkte elektrische Verbindung realisiert. Digitalisolatoren arbeiten entweder mit einem kapazitiven Koppelelement oder einem induktiven. Bei der kapazitiven Trennung werden zwei voneinander getrennte Chipträger eingesetzt. Zwischen beiden Chipträgern wird ein moduliertes Wechselspannungssignal übertragen. Allerdings hat diese Methode zwei entscheidende Nachteile. Sehr hohe Gleichspannungsspitzen können nicht wirksam unterdrückt werden. Außerdem sind diese Digitalisolatoren relativ groß. Induktive Digitalisolatoren verwenden Mikrotransformatoren, welche direkt auf einem Chipträger hergestellt werden. Eine Potentialtrennung von bis zu mehreren tausend Volt kann auf diese Weise in einem kleinen Mikrochip realisiert werden.

Vorteile gegenüber Optokopplern

Ersatzbausteine für herkömmliche Optokoppler sind immun gegen Ausgangsschwankungen, die bei LED-basierten Bausteinen auftreten können. Längere Lebensdauern und die höhere Zuverlässigkeit ermöglichen längere Garantiezeiten der mit Digitalisolatoren bestückten Geräte und Anlagen bzw. Endprodukte.Die Kosten für mögliche Reparaturen sowie Ersatzlieferungen aufseiten der Gerätehersteller können gesenkt werden. Geringere Abweichungen vom Einschaltstrom an den Eingängen der Bauteile ermöglichen einfachere Systemdesigns, da Alterungserscheinungen und deren Auswirkungen auf die Funktionen der Systeme außer Acht gelassen werden können. Gegenüber Optokopplern ist der Einschaltstrom deutlich reduziert und der Ausgangsstrom digitaler Isolatoren kann bis etwa zehnmal höher sein.
Eine Art LED-Simulator am Eingang des Digitalisolators sorgt für eine weitgehende Kompatibilität.

Der Gehäusetyp des Digitalisolators

Digitalisolatoren werden mit unterschiedlichen Gehäuseformen angeboten. Heute werden weitgehend SMD-Bauteile bevorzugt, um die Vorteile der Oberflächenmontage moderner Schaltungsdesigns zu nutzen. Hier gibt es mehrere gängige Bauformen wie etwa SO, SOIC oder TSSOP, die sich sehr gut in Schaltungen für verschiedene Einsatzzwecke integrieren lassen.

Channels bzw. Anzahlen von Kanälen

Digitalisolatoren werden mit unterschiedlichen Anzahlen von Kanälen (Channels) angeboten. Bauteile mit mehreren Kanälen ermöglichen eine weitere Integration der gewünschten Schaltungsdesigns.

Isolationsspannungen bei Digitalisolatoren

Die angegebenen Isolationsspannungen sollten keinesfalls überschritten werden. Die entsprechenden Spannungswerte stellen Maximalwerte dar.