高电压应用的长寿秘诀——德州仪器二氧化硅光耦仿真器

随着工业、交通、太阳能和风力发电等高电压应用越来越多，高电压技术的安全问题日益受到关注，隔离器件的可靠性也变得愈加重要。自20世纪70年代以来，光电耦合器一直是隔离设计人员的首选。它的优点是使用方便，通过集成一个LED就可以隔离信号，但缺点是寿命较短，无法保证一致性且需要额外做超裕度设计。设计人员一直在寻找新的方案来替换传统光耦。

德州仪器近日发布全新光耦仿真器的产品组合。在电路设计方面，它基于二氧化硅的隔离技术，没有发光器件，所以不会发生老化问题，也不需要额外做超裕度设计。在一致性方面，它的工艺和芯片生产相同，一致性可以得到保证。在使用寿命方面，产品通过了IEC60747-17的认证，其中包含了寿命测试，拥有超过40年的使用寿命。

新器件产品系列可以使用40年的秘诀，是因为它使用了SiO2隔离栅，德州仪器的SiO2隔离栅具有500VRMS/μm的高介电强度，远高于一般光耦合器使用的1VRMS/μm的介电强度的空气绝缘层，可为终端产品设计提供更长时间的保护。

该光耦仿真器还能提供高达3,750VRMS的隔离保护，同时利用更低的IF阈值和电源电流，降低高达80%的功耗。它还可以耐受-55℃至125℃的超宽的工作温度范围，同时可提供比光耦合器高多达10倍的共模瞬态抗扰度(CMTI)，在整个温度和生命周期内保持稳定且严格的电流传输比(CTR)，以及超高的高数据吞吐量（ISOM8710系列的数字信号数据速率可达25Mbps，ISO8110系列的模拟信号的带宽可达680kHz)。封装尺寸为4.8mmx3.5mm。

德州仪器隔离接口市场与应用经理Michael Schultis举了一个常见的光耦应用场景作为例子。在隔离电源的隔离反馈路径上，以前德州仪器使用了很多基于二氧化硅的数字隔离器，而这次的产品是基于二氧化硅的模拟隔离器，可以替代模拟光耦。德州仪器的光耦仿真器从右向左传递成比例的模拟信号，实现电流对电流的隔离，可以直接替换隔离电源中的光耦，它有以下四个好处：一是它的CTR基本不会随温度变化，在全温度范围内的隔离增益可以保持一致的调节；二是传统光耦会有老化的问题，所以需要过设计，而德州仪器的器件一致性比较高，可以让设计的余量更加紧凑；三是这款产品的带宽比传统光耦宽，可以改善负载的瞬态响应，降低输出电容的成本，从而降低整体系统的成本；四是德州仪器使用了基于二氧化硅的模拟隔离技术，它的寿命会比传统光耦长，保证了电源长期的可靠性。

在谈及开发新产品的意义时，Michael Schultis表示，这是德州仪器第一款与业内常见的光耦合器引脚对引脚兼容的光耦仿真器，可无缝集成到现有设计中，同时能充分发挥基于二氧化硅(SiO2)的隔离技术的独特优势。新产品的简单易操作的直接插入式替换、更宽的工作温度范围、更高的共模瞬态抗扰度和更长的使用寿命，可为工业应用中的隔离系统提供更高的可靠性和信号完整性。光耦仿真器不仅代表着信号隔离技术的重大进步，还凸显了德州仪器不断解决客户挑战所做的创新。

德州仪器接口产品总经理Tsedeniya Abraham表示：“随着电气化进程的不断推进，以及高电压电源系统的日益复杂，工程师需要在确保正确隔离级别的同时，提高其产品的性能和使用寿命。我们全新的光耦仿真器产品系列不仅满足了对高可靠性、高性价比隔离技术持续增长的需求，也践行了我们投资高电压技术的承诺。”

新光耦仿真器产品目前提供两个系列：一个是数字输入输出ISOM811系列产品；另一个是模拟输入输出ISOM871系列产品。现均已支持预量产。

光耦的应用非常广泛，小到隔离电源，大到汽车、光伏、储能、充电桩等应用。德州仪器新推出的光耦仿真器可以应用在包括电动汽车充电桩、电网的光伏和储能场景，以及工厂自动化、PLC工业自动化中的控制设备中。2024年，汽车级的光耦仿真器也将面市。

以创新支撑安全设计，用科技赋能高质量发展。相信未来德州仪器将会帮助越来越多的工程师提升更多应用场景中的系统性能。