Low-Power-Zweikanal-Digitalisolatoren für industrielle Steuerungssysteme

Toshiba Electronics Europe veröffentlicht die DCL32xx00-Serie von Zweikanal-Digitalisolatoren, Komponenten, die zur Minimierung des Stromverbrauchs in industriellen Steuerungssystemen und Leistungswandlungsgeräten entwickelt wurden. Die Hardware ermöglicht eine sichere digitale Signalübertragung über Stromkreise, die mit unterschiedlichen elektrischen Potenzialen arbeiten, und begegnet damit räumlichen und energetischen Einschränkungen in speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), Wechselrichtern, Sensoren, Aktuatoren und Motorsteuerungssystemen.

Magnetische Kopplung und galvanische Trennung
Industrielle Steuerungsnetzwerke erfordern einen stabilen Betrieb trotz Schaltrauschen und elektrischen Umgebungsstörungen. Die Isolatoren nutzen die Isolationstechnologie der magnetischen Kopplung in Kombination mit einer speziellen Übertragungsschaltung, um die Signalintegrität über Spannungsbarrieren hinweg aufrechtzuerhalten. Jedes Bauteil bietet eine minimale Isolationsspannung von 3.000 Vrms für 60 Sekunden und eine minimale Gleichtakttransienten-Immunität (CMTI) von 30 kV/µs. Dieser CMTI-Wert gewährleistet eine kontinuierliche Datenübertragung auch bei den schnellen Gleichtaktspannungsschwankungen, die in Fabrikhallen und Schaltnetzteilen typisch sind. Die Hardware arbeitet innerhalb eines industriellen Temperaturbereichs von -40 °C bis 125 °C und akzeptiert Versorgungsspannungen von 2,25 V bis 5,5 V, was eine direkte Integration mit standardmäßigen 3,3-V- und 5-V-Logikschaltungen ermöglicht.

Datenübertragung und Konfigurationsoptionen
Zur Unterstützung unterschiedlicher Systemarchitekturen sind die Isolatoren in einem Standard-SOIC8-N-Gehäuse untergebracht und unterstützen maximale Datenübertragungsraten von bis zu 25 Mbit/s. Bei einer Basisrate von 1 Mbit/s verbrauchen die Komponenten 0,2 mA pro Kanal, was die thermische Gesamtleistung und den Energiebedarf des Host-Geräts reduziert.

Die Serie bietet mehrere Konfigurationen für die Kanalrichtung, um spezifische Kommunikationsprotokolle zu unterstützen. Die Modelle DCL320C00 und DCL320D00 bieten zwei Vorwärtskanäle, die sich für unidirektionale digitale Signale wie die I2C-Kommunikation eignen. Alternativ verfügen die Modelle DCL321C00 und DCL321D00 über einen Vorwärts- und einen Rückkanal. Diese Konfiguration unterstützt Schnittstellen, die bidirektionale Sende- und Empfangspfade erfordern, wie z. B. UART-Architekturen (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter). Darüber hinaus ermöglichen die Bezeichnungen C00 und D00 Hardware-Ingenieuren die Auswahl eines Standard-Ausgangszustands – entweder High oder Low –, wenn das Eingangssignal undefiniert oder unbeschaltet (floating) ist, wie dies beispielsweise während der Hochfahrsequenzen des Systems der Fall ist.

Zusätzlicher Kontext
Dieser Abschnitt enthält technische Spezifikationen und Wettbewerbsvergleiche, die nicht in der ursprünglichen Pressemitteilung enthalten sind.

Auf dem Markt für industrielle Digitalisolatoren konkurriert die Toshiba DCL32xx00-Serie direkt mit etablierten Zweikanal-Komponenten wie der ISO772x-Familie von Texas Instruments und der ADuM120x-Serie von Analog Devices. Während Analog Devices die proprietäre iCoupler-Transformatortechnologie nutzt und Texas Instruments auf kapazitive Siliziumdioxid (SiO2)-Isolation setzt, vertraut Toshiba auf seine spezifische Architektur der magnetischen Kopplung. Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal der DCL32xx00-Serie ist ihr Basis-Stromverbrauch. Mit einem Verbrauch von 0,2 mA pro Kanal bei 1 Mbit/s positioniert sich die Serie als Ultra-Low-Power-Alternative zu herkömmlichen Optokopplern und Standard-Digitalisolatoren, die bei ähnlichen Betriebsgeschwindigkeiten typischerweise zwischen 1,0 mA und 1,5 mA pro Kanal aufnehmen.

Die maximale Datenrate von 25 Mbit/s ist eher für standardmäßige industrielle Steuerungsanwendungen optimiert als für die Hochgeschwindigkeits-Datenerfassung, bei der Konkurrenzprodukte von Silicon Labs oder Texas Instruments auf bis zu 100 Mbit/s oder 150 Mbit/s skalieren können. Ebenso bietet der CMTI-Wert von 30 kV/µs eine ausreichende Transienten-Immunität für Standard-SPS und Motorantriebe, obwohl hochanspruchsvolle Wide-Bandgap (SiC/GaN)-Wechselrichteranwendungen häufig spezielle Isolatoren mit CMTI-Schwellenwerten von über 100 kV/µs verwenden.

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

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