电容式和磁性隔离等技术已成为替代技术，与光耦合器相比，可提供更好的整体性能。德州仪器 (TI) 自 2000 年代初期以来一直投资于基于二氧化硅 (SiO2) 的数字隔离技术，提供的数字隔离器产品可提供与光耦合器相同的功能，并具有一些独特的优势。
缩小差距：引入光电仿真器 Texas Instruments 光仿真器结合了传统光耦合器和 TI 基于 SiO2 的隔离技术的优点。光仿真器与业界的光耦合器引脚对引脚兼容，有助于无缝集成到现有设计中，同时提供等效的信号行为。从设计工程师的角度来看，这些产品的外观和行为就像光耦合器，但利用 TI 的 SiO2 技术作为隔离层。通过该屏障有效阻挡高压信号并防止接地环路（确保系统安全性和稳定性），您可以利用 SiO2 隔离的优势，包括增强的电气特性、提高的高压可靠性以及集成其他系统功能的潜力。通过创造这种类型的半导体产品，图片由博多电力系统提供
传统光耦合器使用 LED 穿过隔离栅传输数字或模拟信息，其中光电晶体管检测另一侧的信号，如图 1 所示。众所周知，光耦合器中使用的 LED 会老化或退化。影响他们的一生。这个属性让系统设计者非常头疼，也是我们听到的个抱怨。此外，光耦合器中使用的绝缘材料范围从空气到环氧树脂或模制化合物。表 1 显示了光耦合器与使用 SiO2 电介质的光仿真器的隔离强度差异。
图 1. 典型光耦合器结构。图片由博多电力系统提供
表1. 各种绝缘材料的介电强度
通过使用基于 SiO2 的隔离栅来实现信号隔离的光仿真器，可以避免这两个常见的光耦合器陷阱。图 2 显示了 TI 光仿真器的内部结构，其中在发送和接收电路上仿真传统光耦合器的功能行为，并且 SiO2 提供高压隔离。
图 2. TI 数字隔离器的构造。图片由博多电力系统提供 [PDF]
光仿真器的优点
通过集成先进的隔离技术，光仿真器可以克服与传统光耦合器相关的限制，从而实现卓越的性能和可靠性。让我们讨论一下光仿真器的一些优点：
更低的功耗
传统光耦合器需要预先进行过度设计，以帮助补偿 LED 不可避免的老化效应，从而在整个设计生命周期内需要额外的正向电流 (IF)。TI 光仿真器可提供低得多的 IF 和电源电流，从而节省高达 80% 的功率预算。
改进的共模瞬态抗扰度
虽然常见数字光耦合器指定约 15 kV/μs 的共模瞬态抗扰度 (CMTI)，但 ISOM8710 的 CMTI 为 125 kV/μs，使其能够用于具有极高共模开关噪声或高振铃的应用噪音。
稳定且严格的电流传输比
忘记为更严格的电流传输比 (CTR) 范围支付额外费用的日子。ISOM8110 等 TI 光仿真器标配各种严格的 CTR 范围，这些范围在整个温度范围内都很稳定。
快速数据速率
典型的高速光耦合器支持 1 Mbps 至 10 Mbps 的数据速率，而 ISOM8710 支持 25 Mbps。这种支持可实现更高的吞吐量，并允许在各种高速应用中使用光仿真器。
带宽
ISOM8110 支持 680 kHz 的高带宽，从而能够减小强制磁性元件（电感器和变压器）的尺寸。宽带宽能够改善次级侧稳压反激转换器的瞬态响应。改进的瞬态响应可以减小输出电容器的尺寸，释放电路板空间并降低总体系统成本，特别是在高开关频率氮化镓设计中。
宽温度范围
一般光耦合器支持的温度范围为 0°C 至 +85°C。虽然某些光耦合器支持更宽的温度范围，但该功能需要额外的成本。TI 光仿真器作为标准产品支持 –55°C 至 +125°C 的温度范围，并且将于 2024 年推出更多符合汽车标准的器件。
可靠隔离
光仿真器改进了高压功能，使其适合需要可靠隔离的应用。TI 光仿真器利用 SiO2 作为绝缘层，提供 500 V/μm 的隔离，明显强于许多光耦合器中使用的空气 (1 V/μm)。
光仿真器要点
光仿真器代表了信号隔离技术的重大进步，它将人们熟悉的光耦合器与基于 SiO2 的隔离的优点结合起来。这些设备使您能够满足现代系统的需求，确保增强的性能、可靠性和安全性。通过利用光仿真器，您可以优化您的设计并拥抱隔离技术的进步。
