光耦继电器隔离技术——它们是如何工作的？-先进光半导体

    对于所有与人或其他电路连接的电子设备，电流隔离是一种必要的保护形式，可防止数十伏到千伏的高压事件。作为一种保护形式的隔离要求两个电路之间的通信通过绝缘或隔离屏障进行，从而防止电流在电路之间直接流动。

    在过去几十年中，用于隔离电路的技术已经从基于光学的转移到基于硅的——但这些技术到底有什么不同？

    继电器光耦是如何工作的？

    如图所示，光耦由输入LED、接收光电探测器和输出驱动器组成。驱动电路和LED电路通常采用互补金属氧化物半导体（CMOS）技术制造，绝缘或隔离屏障通常由模塑化合物组成。光耦隔离器的输入和输出都需要通过阳极和集电极引脚连接的单独电压电源，以及通常连接在阴极和发射极引脚上的单独接地，以保持输入和输出之间的信号隔离。

    当应用的CMOS逻辑输入产生输入侧电流时，光耦内发生通信，该电流随后产生比例LED输出，用于通过模塑化合物屏障传输至接收光电探测器并输出。

    光耦的隔离性能由LED、输入和输出之间使用的模塑料以及通过模塑料的距离的组合决定。由于模塑料是隔离屏障强度的关键因素，其质量对光耦寿命、可靠性和性能起着重要作用。

    硅基隔离器是如何工作的？

    硅基隔离技术基于CMOS技术，由两个独立的集成电路（IC）芯片组成——一个输入电路和一个输出电路——通过键合线连接以实现数据传输，如图所示。

    如图所示，数字隔离器的输入和输出侧都需要单独的电压源（VCC1、VCC2）和单独的接地（GND1、GND2），以保持输入和输出之间的信号隔离。

    当将晶体管逻辑或CMOS逻辑输入应用于数字输入时，数字隔离器内发生通信。输入信号被数字转换为频域，然后通过高压电容栅并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）或双二氧化硅（SiO2）电容势垒，通过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（见表1）构成，并在严格控制的晶圆制造厂（而非装配线）中制造，因此不太可能出现零件间的差异，隔离性能的关键因素是隔离技术和设计。“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提供可靠性、冲击保护和强化隔离，相当于单个封装中的两级基本隔离。

    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．医疗设备．通信设备．PC端．安防监控．O/A设备．PLC控制器．I/O控制板等，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。