【技术】光耦合器和硅基电流隔离技术是如何工作的？

时间： 2023-08-23 来源：先进光半导体官网

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电流隔离是保护与人体或其他电路接口的所有电子设备的必要形式，可防止可能的高压事件，范围从数十伏到千伏。隔离作为一种保护形式，要求两个电路之间的通信通过绝缘或隔离栅进行，以防止电流直接在电路之间流动。

在过去的几十年里，用于隔离电路的技术已经从基于光学的技术转变为基于硅的技术，但这些技术到底有什么不同？

光耦合器如何工作？

如图1所示，光耦合器由输入LED、接收光电检测器和输出驱动器组成。驱动器电路和LED电路通常采用互补金属氧化物半导体（CMOS）技术构建，绝缘或隔离栅通常由模塑料组成。光耦合器隔离器的输入和输出都需要通过阳极和集电极引脚连接单独的电压电源，并且通常在阴极和发射极引脚上连接单独的接地，以保持输入和输出之间的信号隔离。

当施加的CMOS逻辑输入产生输入侧电流时，光耦合器内的通信就会发生，然后产生一个比例的LED输出，通过模塑化合物屏障传输到接收光电检测器和输出。

光耦合器的隔离性能由LED、输入和输出之间使用的模塑料以及通过模塑料的距离共同决定。由于模塑料是隔离栅强度的关键因素，因此其质量着重要作用。

包括美国保险商实验室(UL)和电气技术公司VDE)在内的标准机构确定光耦合器额定值，这些额定值专门定义了"通过绝缘的距离”，以适应制造过程中的模塑料变化，以及局部放电测试，以识别在压力下可能影响隔离性能的模塑料缺陷。光耦合器标准历来不包括寿命可靠性性能数据或持续加高的高压应力测试，因此其持续长期性能和可靠性可能会有很大差异。

硅基隔离器如何工作?

砖基隔离技术基于CMOS技术，由两个独立的集成电路（IC)芯片(输入电路和输出电路)组成，通过键合线连接接以实现数据传输，如图2所示，如图3所示，数字隔离器的输入侧和输出侧都需要单独的电源（VCC1、VCC2)和单独的接地(GND1、GND2)，以保输入和输出之间的信号隔离。

当将晶体管-晶体管逻辑或CMOS逻辑输入施加到数字输入时，数字隔离器内的通信就会发生。输入信号以数字方式转为频域，然后通对高压电容栅，穿过连接键合线到达接收侧IC。

数字隔离器电路的绝缘体可以是单二氧化硅（SIO2）或双电容式势垒，根据设计可以承受极高的电压，由于绝缘屏障由高介电强度材料构成（见表1)，并且在严格控制的晶圆厂而不是装配线上制造，因此不太可能出现部件之间的差异，隔离性能的关键因素是隔离技术和设计。白皮书"实现高压信号隔离质量和可靠性”探讨了这种制造工艺如何在单个封装中提供可靠性、冲击保护和增强隔离，相当于两级基本隔离。

先进光半导体由南方先进联合日本归国华侨杨振林博士团队合资成立，以南方先进为主要投资方、杨博士团队为技术核心的一家专业从事光电器件、光耦合器、光耦继电器等光电集成电路以及光电驱动等产品，研发团队涵盖设计、制造、销售和服务的高新技术企业，先进光半导体拥有先进的光电器件全自动生产线，具有年产8000万只光电光耦器件的生产能力。现阶段先进光半导体的光耦继电器、光耦合器等主要产品用于：蓄电系统、智能电表、自动检测设备、电信设备、测量仪器、医设、通信设备、PC端、安防监控、0/A设备、PLC控制器、I/0控制版等，依托于光半导体综合的设计技术和芯片制造技术优势，先进光半导体期望在有广阔发展前景的光电控制领域深耕，逐步提升产品的技术附加值，扩充技术含量更高的产品线。

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