Isolatoren

Isolatoren sind Komponenten, die zur Übertragung von Signalen über zwei Abschnitte eines Schaltkreises verwendet werden, die aus Sicherheits-, Störungsimmunitäts- oder Funktionsgründen elektrisch getrennt bleiben müssen. Diese elektrische Isolierung, die so genannte galvanische Trennung, verhindert den Stromfluss, lässt aber dennoch Daten oder Steuersignale passieren. Isolatoren sind besonders wichtig in Hochspannungs- oder rauschbehafteten Umgebungen, wie z. B. in der industriellen Automatisierung, in Motorsteuersystemen oder in medizinischer Elektronik. Isolatoren sind Geräte auf Signalebene, die eine sichere Kommunikation zwischen Teilsystemen ohne direkten elektrischen Kontakt ermöglichen.

Es gibt zwei Haupttypen von Isolatoren: optische Isolatoren (auch als Optokoppler bekannt) und Digitalisolatoren. Optische Isolatoren verwenden Licht, um Informationen über eine Isolationsbarriere zu übertragen. Ein typischer Optokoppler besteht aus einer LED auf der Eingangsseite und einem Fototransistor, einer Fotodiode, einem SCR oder einem Triac auf der Ausgangsseite. Wenn Strom durch die LED fließt, sendet sie Licht aus, das die Ausgangskomponente aktiviert, so dass das Signal auf der isolierten Seite reproduziert werden kann. Optokoppler werden häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine moderate Geschwindigkeit und eine Hochspannungsisolierung erfordern, wie z. B. Mikrocontroller-Schnittstellen, Rückkopplungsschleifen von Schaltnetzteilen oder SPS-Eingangsmodule. Sie werden wegen ihrer Einfachheit und ihrer hervorragenden elektrischen Störfestigkeit bevorzugt.

Digitalisolatoren hingegen sind nicht auf Licht angewiesen. Stattdessen nutzen sie in der Regel kapazitive oder magnetische Kopplung, um digitale Signale über die Isolationsbarriere zu übertragen. Diese Isolatoren bieten mehrere Vorteile gegenüber Optokopplern, darunter höhere Datenübertragungsraten, einen geringeren Stromverbrauch, eine bessere Temperaturstabilität und eine längere Lebensdauer, da keine LEDs altern können. Digitalisolatoren eignen sich besonders gut für Hochgeschwindigkeitskommunikationsschnittstellen wie SPI, I²C oder UART, bei denen Timing und Signalintegrität entscheidend sind. Je nach Konstruktion und Anwendung können sie jedoch empfindlicher gegenüber bestimmten Arten von transienten Störungen sein.

Die Wahl zwischen einem optischen und einem digitalen Isolator hängt von mehreren Faktoren ab: Signaltyp (analog oder digital), Geschwindigkeit, Höhe der Spannungsisolation, Umgebungsbedingungen und benötigte Zuverlässigkeit. So könnten beispielsweise Optokoppler aufgrund ihrer hohen Störfestigkeit in analogen Hochspannungsrückkopplungspfaden nach wie vor bevorzugt werden, während Digitalisolatoren für schnelle, kompakte und stromsparende digitale Systeme besser geeignet sind.