今回は、設計における信号と電源の絶縁について、よくある質問とその答えを紹介したいと思います。
Q1：デジタルアイソレータで電源を絶縁する理由は？
デジタルアイソレータの内部構造を見ると、下図のように、2つの独立したデジタル集積回路（IC）を分割リードフレーム上に配置し、その間に高耐圧の絶縁誘電体バリアが設けられています。
図1：デジタルアイソレータの内部構造は、分割リードフレームを
含み、1次および2次電源を別々に供給する必要があります
各ICは、1次側と2次側で別々の電源とグランドを必要とし、両者の間に物理的な接続はありません。この要件は、デバイスが基本的な絶縁をサポートしているか、強化された絶縁をサポートしているかに関係なく、デジタルアイソレータだけでなく、統合インターフェースを備えた絶縁デバイスにも適用されます。
Q2：デジタルアイソレータに必要な電源は何ですか？
デジタルアイソレータソリューションの電源トポロジを選択する前に、入力電圧範囲、出力電圧、2次側に必要な出力電力、出力レールの数など、電源の基本的な電力要件を決定することが重要です。絶縁型電源ソリューションと非絶縁型電源ソリューションとの比較では、システムの絶縁定格、必要な沿面距離とクリアランス距離、静電気放電などの電磁両立性（EMC）要件、システムのエミッション性能などが考慮されます。業界の製品規格は、これらの要件の多くを定義しています。
デジタルアイソレータの入出力信号電圧は、その印加電源電圧に依存することが多く、通常、2次側の電源電圧（VCC）と直接的な関係があります。電源の入出力要件を最終決定する前に、デジタルアイソレータのデータシートで電源要件をよく確認することをお勧めします。また、デジタルアイソレータをインターフェース部品の論理レベルに合わせて最適化するのも良い方法です。例えば、マイクロコントローラとインターフェースするデジタルアイソレータに5Vを供給する場合、2次側でも5Vかそれに近いロジックレベルで動作する信号を選択します。
Q3：2次側電源は絶縁型電源がいいですか?
場合によっては、アイソレータロジックの最小限の要件さえ満たせば、1次側と2次側の電源として、システム内にすでにある2つの独立した電源レールを使用できる場合があります。これには、入力信号と出力信号のレベルに合った電源電圧レベルと、それぞれ独立したグランドを提供することが必要になります。既存の2次側電源を使用することもできますが、ノイズカップリングと電源レギュレーションが問題になることがあります。多くの場合、設計者は、ロジックおよびシステムのノイズ性能を最適化した絶縁電源を設計することを選択します。
Q4：電源の絶縁にはどのようなソリューションがあるのでしょうか？
デジタル絶縁回路用の絶縁電源を設計する場合、多くのオプションがあります。デジタルアイソレータのパワーソリューションには、フライバック、Hブリッジとインダクタ・インダクタ・コンデンサ（LLC）共振、プッシュプル、データおよび電源統合絶縁などのソリューションがあります。
ISOW7741電源付きデジタルアイソレータ、ISOW1412およびISOW1432電源付き絶縁型RS-485トランシーバ、あるいはISOW1044電源付きコントローラエリアネットワーク（CAN）トランシーバなどのデータおよび電源統合絶縁ソリューションには、DC/DCコンバータが組み込まれています。これらのデバイスは、CIPSR（Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques）32クラスBの制限を満たすように設計されており、ディスクリート設計の代替品よりも大幅に小さいソリューションサイズを実現しています。基板上にトランスが不要になるという利点、基板サイズの縮小、認証の容易さの向上は、可能な限り小さなフットプリントで高性能な設計を実現するための価値あるトレードオフと見なされることが多いようです。
そのため、ディスクリートソリューションは、場合によってはより高い効率とより低い放射エミッションを提供するかもしれませんが、最終的に省スペースと認証の簡略化が市場投入までの時間を短縮します。
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