Highspeed-Optokoppler für die industrielle Kommunikation

Bei Industrieanwendungen kommt es gewöhnlich zu hohen elektrischen Spannungen, Magnetfeldern und Rauschen. Außerdem ist Hochzuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung, um Produktionsausfälle zu verhindern und eine genaue Datenübertragung zu gewährleisten. Unter diesen Bedingungen kommen Optokoppler zum Einsatz: Sie isolieren hohe elektrische Spannungen und trennen Rauschsignale, um so die Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems zu erhöhen.

Digitaler Optokoppler zur Eingangs-/Ausgangsisolation zwischen Nieder- und Hochspannungsgeräten: Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems verbessern sich.Everlight Electronics

Hohe Gleichtaktunterdrückung

Hochgeschwindigkeits-Optokoppler von Everlight sind überwiegend in industriellen Feldbusanwendungen mit Datenraten von bis zu 15 MBaud zu finden (40 ns maximale Laufzeitverzögerung bei einer Betriebsspannung von 3,3 V). Das breite Angebot an Optokopplern mit hoher CMR-Leistung (Gleichtaktunterdrückung), hohen Isolationsspannungen und weitem Betriebstemperaturbereich bietet die passenden Bausteine mit den entsprechenden Leistungsdaten, um die vielfältigen Anforderungen industrieller Anwendungen zu meistern.

Zur industriellen Kommunikation gehören die Überwachung und Verarbeitung von Daten, Diagnostik, Sensorik und Visualisierung. Der Einsatzbereich von Optokopplern in industriellen Kommunikationsanwendungen umfasst Ein-/Ausgangssysteme, Sensoren und Temperatursteuerungen, Stromversorgungen und geregelte Steuerungssysteme, Steuerungen und Antriebssysteme von Elektromotoren, Mess- und Regeltechniksysteme sowie medizinische Systeme.

Typische Anwendungsschaltung für Highspeed-Optokoppler von Everlight: Schnelligkeit, Schaltungseigenschaften und Sicherheitsoptionen sind der jeweiligen Anwendung entsprechend ausgewählt.Everlight Electronics

Feldbus-Anwendungen im Kommen

Feldbusse sind ein weiterer Bereich mit hohem Wachstumspotenzial, weil hierzu auch Anwendungen mit miniaturisierten intelligenten Sensoren oder komplexeren, intelligenten speicherprogrammierbaren Steuerungen (PLC) gehören. Ein Feldbus verbindet oft einzelne PLC und intelligente Sensoren miteinander. Zu den bekanntesten gehören wohl Profibus, Devicenet, Interbus und Canbus. In Europa scheint Profibus marktführend zu sein, während in den USA und anderen Ländern Devicenet dominiert. Und Industrial-Ethernet-Protokolle für Standards wie Profinet, Interbus und Ethercat werden immer beliebter.

Aufgrund des primären Anwendungsbereichs als Kommunikationssystem für den Austausch von Informationen zwischen Automatisierungssystemen und dezentralen Feldgeräten zeichnen sich Optokoppler von Everlight durch eine niedrige Leistungsaufnahme und einen weiten digitalen Isolationsbereich aus, ohne dabei Kompromisse bei der Hochspannungsisolation oder Geräuschabschirmung einzugehen. Außerdem lassen sich die Bausteine sowohl mit 3,3 als auch bei 5 V betreiben.

Everlights Optokoppler-Portfolio für industrielle Netzwerkanwendungen: Versorgungsspannungsflexibilität und Gesamt-Platinenplatzbedarf kennzeichnen die Bausteine.Everlight Electronics

Flexible Versorgungsspannung

Dank unterschiedlicher Technologie- und Kommunikationsoptionen können Anwender den passenden Optokoppler für die spezifischen Anforderungen etwa hinsichtlich Schnelligkeit, Schaltungseigenschaften oder Sicherheit auswählen. So erhalten Optokoppler die Signalintegrität auf Schnittstellenkarten vom langsamen RS232 oder Canbus bis zum superschnellen RS485.

Für Elektronikentwickler indes wertvoller sind Angaben zum Schaltungsverhalten wie Laufzeitverzögerung und Pulsbreitenverzerrung. Devicenet spezifiziert relativ langsame Datenraten (125, 250 und 500 kBaud) mit einer notwendig auftretenden Signalverzögerung unter 40 ns. Canbus spezifiziert 125 kBit/s für niedrige und 1 MBit/s für hohe Geschwindigkeiten, ohne bedeutende Anforderungen bezüglich der Laufzeitverzögerung.

Auch die jüngsten Empfängersysteme kommen mit kleineren Versorgungsspannungen aus, vor allem im Steuerungsbereich, wo Rauschen kein so großes Problem darstellt. Versorgungsspannungen im Bereich von 3,3 V sind heutzutage Standard. Mit den 3,3-V-Optokopplern können Entwickler auf eine Versorgungsquelle verzichten und somit Kosten sparen.

Over-Under- und Co-Planar-Architekturen: Reinforced Insulation schützt vor elektrischen Schlägen und gewährt Zugriff aufs Gerät.Everlight Electronics

Optokoppler-Architekturen

Generell empfiehlt es sich, für ein sicheres und robustes Industrial Networking System mit Optokopplern folgende Faktoren zu bedenken: Spannungsspitzen, Erdschleifenströme und Hochspannungs-Level-Shifting.

Die grundlegende Gestaltung, das Basisdesign eines Optokopplers, besteht aus einer Infrarot-LED, einem lichtempfindlichen Halbleiterbauelement (Photodetektor) und einem optisch transparenten, elektrisch isolierenden Epoxyd oder Dielektrikum. Fließt Strom durch eine LED, emittiert sie Licht, das durch das Dielektrikum an den Fotodetektor gekoppelt ist. Der Fotodetektor erzeugt einen Strom proportional zum gekoppelten Licht. Dieser Strom lässt sich durch gezielte Schaltungen verschiedener Art manipulieren, um ganz bestimmte Funktionen zu erfüllen.

Die Hauptfunktion eines Optokopplers ist es, hohe oder rasch wechselnde Spannungen an der einen Seite des Schaltkreises daran zu hindern, Komponenten auf der anderen Seite zu beschädigen oder Übermittlungen zu verfälschen. Dies erfolgt durch optisches Ausfiltern erwünschter Signale, während beide Systeme weiterhin elektrisch isoliert bleiben.

Sicherheitszertifizierungen von Everlight-Optokopplern.Everlight Electronics

Die typischen Everlight-Architekturen nennen sich Over-Under Type und Co-Planar Type (siehe Bild). Diese Architekturen helfen, Sicherheitsstandards für Isolationsbausteine einzuhalten, und garantieren überdies ein als „Reinforced Insulation“ bekanntes Isolationsniveau, das nicht nur vor elektrischen Schlägen schützt, sondern aufgrund des fehlersicheren Designs Anwendern auch den Zugriff aufs Gerät erlaubt.

Optokoppler von Everlight sind nach IEC 60747-5-5 zertifiziert und damit automatisch auch konform zu Sicherheitsstandards für Ausrüstungen wie IEC-60950-1.

(mou)