Hochgeschwindigkeits-Digitalisolatoren für die Industrieautomatisierung

Toshiba Electronics Europe bringt die Serie DCL54xx01A auf den Markt, ein Portfolio von Vierkanal-Digitalisolatoren, die für speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und Motorsteuerungssysteme entwickelt wurden. Diese Halbleiter-Hardware bietet kontinuierliche Datenübertragung und Störfestigkeit für industrielle Automatisierungsgeräte, die unter extremen thermischen Bedingungen arbeiten.

Aufrechterhaltung der Signalintegrität in stark störbehafteten Umgebungen
Industrieanlagen, die schnell schaltende Leistungsbausteine verwenden, sind häufig hohen Werten von Gleichtaktstörungen ausgesetzt, die digitale Steuersignale stören können. Um diese elektrischen Interferenzen abzuschwächen, nutzt die Serie DCL54xx01A eine Isolations-Technologie mit magnetischer Kopplung, die eine typische Gleichtakt-Transientenfestigkeit (Common-Mode Transient Immunity, CMTI) von 150 kV/µs erreicht. Diese hohe CMTI gewährleistet eine zuverlässige Datenübertragung über Isolationsbarrieren hinweg in Frequenzumrichtern, Ein-/Ausgabe-Schnittstellen (I/O) und Schaltnetzteilen. Darüber hinaus arbeiten die Isolatoren in einem Temperaturbereich von -40 °C bis +125 °C und unterstützen den Einsatz in industriellen Hochtemperaturumgebungen, in denen bei handelsüblichen Standardkomponenten eine thermische Verschlechterung auftreten könnte.

Bauteilspezifikationen und Übertragungsarchitekturen
Die Serie DCL54xx01A unterstützt kontinuierliche Datenraten von bis zu 150 Megabit pro Sekunde (Mbit/s) bei einer Versorgungsspannung zwischen 2,25 V und 5,5 V. Während des Betriebs bietet die Hardware eine Isolationsspannung von 5.000 Vrms für eine Minute. Die Isolatoren minimieren System-Timing-Fehler mit einer typischen Signallaufzeit von 10,9 Nanosekunden (ns) und einer Pulsweitenverzerrung von 0,8 ns.

Zur Unterstützung einer Vielzahl isolierter Kommunikationsschnittstellen innerhalb des industriellen Datenökosystems sind die Bausteine in 16-poligen Wide-Body-SOIC-Gehäusen (16 W SOIC) untergebracht. Hardware-Ingenieure können Konfigurationen für die Übertragungsrichtung von 4:0, 3:1 oder 2:2 (bidirektionale Übertragung) sowie verschiedene Standard-Ausgangszustände und Optionen zur Aktivierungssteuerung spezifizieren. Diese Komponenten ergänzen frühere Digitalisolatoren für mittlere Geschwindigkeiten, die mit maximal 25 Mbit/s in kompakten SSOP16-Gehäusen arbeiten, und bieten skalierbare Hardware-Optionen basierend auf spezifischen Gehäuse- und Bandbreitenanforderungen.

Zusätzlicher Kontext
Dieser Abschnitt erläutert technische Spezifikationen und Benchmarking-Vergleiche mit Wettbewerbern, die in der ursprünglichen Pressemitteilung nicht enthalten sind.

Standard-Vierkanal-Digitalisolatoren für industrielle Anwendungen werden von verschiedenen Halbleiterherstellern wie Texas Instruments (z. B. ISO774x-Serie) und Analog Devices (z. B. ADuM14x-Serie) in großem Umfang produziert. Ein primärer objektiver Maßstab für diese Bausteine sind die Werte für die Gleichtakt-Transientenfestigkeit (CMTI), die Isolationsspannung und die maximal unterstützte Datenrate.

Während herkömmliche optische Isolatoren typischerweise niedrigere Datenraten bieten und über längere Betriebslebensdauern hinweg degradieren, weisen magnetische oder kapazitive Digitalisolatoren höhere Bandbreiten und eine größere Zuverlässigkeit auf. Beispielsweise bieten konkurrierende kapazitive Standard-Digitalisolatoren oft Datenraten um 100 Mbit/s mit einem CMTI-Wert zwischen 85 kV/µs und 100 kV/µs. Durch das Erreichen von 150 Mbit/s und einer CMTI von 150 kV/µs mittels magnetischer Kopplung erfüllt die Architektur des DCL54xx01A direkt die strengen Toleranzen hinsichtlich Timing und Störunterdrückung, die moderne, schnell schaltende Siliziumkarbid (SiC)- oder Galliumnitrid (GaN)-Leistungssysteme erfordern.

Bearbeitet von Aishwarya Mambet, Induportals-Redakteurin, mit Unterstützung von KI.

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