Ingressi digitali isolati e isolatori digitali

Sebbene possano suonare simili, vi sono alcune differenze degne di nota tra gli ingressi digitali isolati e gli isolatori digitali. L’obiettivo di questo tutorial è facilitare il riconoscimento delle differenze fra le due funzioni di isolamento.

Struttura interna

Gli isolatori digitali servono alla funzione di base (o spesso rinforzata!) volta a fornire l’isolamento galvanico per i percorsi di segnali digitali. Le strutture di isolamento di TI sono di tipo capacitivo, in cui la barriera di isolamento è costituita da due condensatori ad alta tensione realizzati con la tecnologia di processo a semiconduttore con ossido di metallo complementare (CMOS). Una portante ad alta frequenza comunica attraverso la barriera di isolamento dal lato primario al lato secondario, mentre i nostri isolatori digitali sono in grado di resistere fino a 12,8 kV di tensione di picco e 1,5 kV di tensione di lavoro, senza abbattere la barriera capacitiva doppia. Una componente fondamentale degli isolatori digitali è la classificazione di isolamento base o rinforzata.

Figura 1: Isolatore digitale

Gli ingressi digitali isolati servono alla funzione di base (in senso letterale) volta a fornire l’isolamento galvanico da un ingresso di sensore o da un altro tipo di ingresso a un’uscita logica per un’interfaccia di controller host. A differenza degli isolatori digitali, lo stadio di ingresso di un ingresso digitale isolato (mostrato in Figura 2) include una soglia di ingresso impostata dall’utente e un limite di corrente integrato, che permette la traduzione in un’uscita logica di tensioni di ingresso che vanno da 9 V a 60 V. Nella loro forma più semplice, gli ingressi digitali isolati fungono da comparatori isolati, con alcune importanti caratteristiche aggiuntive per agevolare la progettazione.

Figura 2: Ingresso digitale isolato

Differenze di utilizzo

Gli isolatori digitali sono utilizzati solitamente fra convertitori analogico/digitale (ADC) o convertitori di acquisizione dati e un controller host o un microcontroller (MCU) sul percorso del segnale. Gli isolatori digitali si trovano comunemente nelle funzioni di alimentazione elettrica isolata di un dato sistema.

Gli ingressi digitali isolati sono progettati appositamente come ricevitori di ingresso digitale per controller a logica programmabile (PLC), controllo motore e applicazioni in rete come interfaccia fra gli ingressi lato campo e un controller host. Gli ingressi digitali isolati sono ingressi rivolti verso il lato campo, facili da configurare per applicazioni sinking e sourcing. Un limite di corrente integrato riduce il profilo termico dell’ingresso in ambienti a tensione di ingresso particolarmente elevata ed è impostato con una resistenza esterna semplice per la conformità ai tipi di interruttore 1, 2 o 3 secondo la norma 61131-2 della Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC). Una resistenza aggiuntiva stabilisce la soglia della tensione di ingresso; un calcolatore on-line è disponibile per agevolare la scelta della resistenza.

Differenze di alimentazione

Gli isolatori digitali richiedono alimentazione sia sul lato primario sia sul lato secondario. Nella Figura 3, un alimentatore isolato alimenta l’ADC e il «lato campo» dell’isolatore digitale che si interfaccia con l’ADC.

Figura 3: ISO7741 di isolamento per comunicazione MCU e ADC

Gli ingressi digitali isolati richiedono solo alimentazione sul lato secondario. Negli ingressi digitali isolati ISO1211 (Figura 4) e ISO1212 il lato campo è alimentato dall’ingresso, pertanto non è necessaria alcuna alimentazione lato campo. In questo modo si semplifica la progettazione del front end rispetto a soluzioni discrete alternative.

Figura 4: ISO1211 configurato per modulo di ingresso digitale PLC

I nostri nuovi ingressi digitali isolati sono solo un esempio dei vari modi innovativi con cui TI sta rendendo più semplici ed efficienti le soluzioni di isolamento più affidabili e resistenti al mondo.

Risorse supplementari

• Scoprite come semplificare i vostri progetti isolati con la nota applicativa «Come semplificare i progetti per moduli di ingresso digitale per PLC a 24 V isolati».
• Leggete la nota applicativa «Tecniche di progettazione per risparmiare spazio per moduli di ingresso digitale ad alta tensione multi-canale» per saperne di più sulle tecniche di progettazione dell’isolamento.