Isolators

Isolators zijn componenten die worden gebruikt om signalen door te sturen tussen twee delen van een circuit die elektrisch gescheiden moeten blijven omwille van veiligheid, ruisimmuniteit of functionele redenen. Deze elektrische scheiding, galvanische isolatie genaamd, voorkomt dat er stroom vloeit terwijl er toch gegevens of besturingssignalen doorgelaten kunnen worden. Isolators zijn vooral belangrijk in hoogspannings- of lawaaierige omgevingen, zoals industriële automatisering, motorbesturingssystemen of medische elektronica. Isolators zijn apparaten op signaalniveau die veilige communicatie tussen subsystemen mogelijk maken zonder direct elektrisch contact.

Er zijn twee hoofdtypen isolators: optische isolators (ook wel optocouplers genoemd) en digitale isolators. Optische isolators gebruiken licht om informatie door een isolatiebarrière te sturen. Een typische optocoupler bestaat uit een LED aan de ingang en een fototransistor, fotodiode, SCR of Triac aan de uitgang. Wanneer er stroom door de LED vloeit, zendt deze licht uit dat de uitgangscomponent activeert, waardoor het signaal aan de geïsoleerde kant kan worden gereproduceerd. Optocouplers worden veel gebruikt in toepassingen die een gematigde snelheid en hoogspanningsisolatie vereisen, zoals interfaces voor microcontrollers, SMPS (switch mode power supply) feedbacklussen of PLC-ingangsmodules. Ze worden geprefereerd om hun eenvoud en uitstekende elektrische ongevoeligheid voor ruis.

Digitale isolators daarentegen vertrouwen niet op licht. In plaats daarvan gebruiken ze meestal capacitieve of magnetische koppeling om digitale signalen over de isolatiebarrière te sturen. Deze isolators bieden verschillende voordelen ten opzichte van optocouplers, zoals hogere gegevenssnelheden, lager stroomverbruik, betere temperatuurstabiliteit en een langere levensduur omdat ze LED-veroudering voorkomen. Digitale isolators zijn bijzonder geschikt voor communicatie-interfaces met hoge snelheid, zoals SPI, I²C of UART, waarbij timing en signaalintegriteit van kritiek belang zijn. Ze kunnen echter gevoeliger zijn voor bepaalde soorten transiënte interferentie, afhankelijk van het ontwerp en de toepassing.

De keuze tussen een optische en een digitale isolator hangt af van verschillende factoren: signaaltype (analoog of digitaal), snelheid, vereisten voor spanningsisolatie, omgevingscondities en verwachte betrouwbaarheid. Optocouplers kunnen bijvoorbeeld nog steeds de voorkeur genieten in hoogspannings analoge terugkoppelingspaden vanwege hun robuuste ruisonderdrukking, terwijl digitale isolatoren beter geschikt zijn voor snelle, compacte digitale systemen met laag vermogen.