Qu’est-ce qu’un isolateur numérique ?
Un isolateur numérique est un dispositif utilisé pour isoler les signaux numériques entre la transmission et la réception. L’isolation est très importante dans les circuits électriques et empêche les équipements de se court-circuiter ou d’être endommagés. De plus, le fait de bien isoler les parties nécessaires empêche le courant de circuler ailleurs, ce qui permet d’éliminer le bruit et d’envoyer des signaux normaux. Les Isolateurs numériques sont des dispositifs électroniques qui devraient trouver des applications dans une large gamme d’équipements en raison de leur longue durée de vie et de leur faible consommation d’énergie.
Utilisations des isolateurs numériques
Les isolateurs numériques sont largement utilisés dans les circuits électroniques des appareils qui nécessitent une isolation. Ils sont tout d’abord utilisés dans les machines industrielles où il existe de grandes différences de tension dans l’équipement. Les sections d’alimentation électrique nécessitant de grandes tensions ou les gros moteurs situés à proximité de sections fonctionnant à basse tension doivent être isolés là où il y a de grandes différences de tension. Cela permet d’éviter les dommages causés par l’application de hautes tensions à des pièces fonctionnant à basse tension.
Deuxièmement, ils sont également utilisés dans les équipements médicaux tels que les rayons X et les DEA. Ces appareils médicaux sont souvent utilisés avec les mains, afin d’éviter que le courant électrique ne circule vers l’extérieur et ne provoque un choc électrique.
Dans l’automobile, les isolateurs numériques sont utilisés pour protéger les calculateurs et autres équipements embarqués dans les véhicules qui utilisent des alimentations à haute tension, tels que les véhicules électriques et hybrides.
Principe des isolateurs numériques
Il existe deux types d’isolation numérique : l’isolation magnétique et l’isolation capacitive. Le principe de chacun d’entre eux est expliqué ci-dessous.
1. Méthode d’isolation magnétique
Les isolateurs numériques à isolation magnétique utilisent des bobines respectivement du côté de la transmission et de la réception. En utilisant des bobines du côté de l’émission et de la réception, la conversion entre les signaux électriques et l’énergie magnétique est effectuée. Ils peuvent supporter des vitesses élevées, mais l’inconvénient est que plus la vitesse est élevée, plus la consommation de courant est importante. De plus, les caractéristiques de bruit sont inférieures à celles des systèmes à isolation capacitive suivants.
2. Type d’isolation capacitive
Il s’agit d’un isolateur numérique utilisant des condensateurs. Lors de la transmission et de la réception, le signal électrique est converti en une forme de charge et de décharge à l’aide d’un condensateur. Les méthodes d’isolation capacitive présentent des caractéristiques de bruit particulièrement bonnes et, comme les méthodes d’isolation magnétique, peuvent être utilisées à des vitesses élevées. La consommation de courant n’est par ailleurs, pas liée à la vitesse, mais est plutôt désavantageuse à faible vitesse.
Les deux méthodes présentent l’avantage d’une longue durée de vie et de vitesses élevées, et offrent des performances supérieures à celles des isolateurs précédents. Cependant, le seul inconvénient est que les isolateurs numériques ne peuvent traiter que des signaux numériques et non des signaux analogiques.
Structure des isolateurs numériques
La structure d’un isolateur numérique avec isolation magnétique consiste en deux bobines disposées dans un plastique super technique appelé polyimide. Une impulsion de courant est appliquée à l’une des bobines pour générer un petit champ magnétique local qui, à son tour, génère un courant dans l’autre bobine.
Les isolateurs numériques à isolation capacitive sont constitués d’un condensateur avec une fine couche d’isolation en dioxyde de silicium (SiO2, silice).
Caractéristiques des isolateurs numériques
Les isolateurs numériques présentent les avantages suivants par rapport aux isolateurs optiques conventionnels :
1. Résistance diélectrique élevée
Les isolateurs numériques se caractérisent par leur grande rigidité diélectrique. Alors que la rigidité diélectrique des isolateurs optiques est de 1 à 20 Vrms/µm, celle des isolateurs numériques avec isolation magnétique est de 300 Vrms/µm et de 500 Vrms/µm avec isolation capacitive, soit 10 à 200 fois plus élevée que celle des isolateurs optiques.
2. Durée de vie élevée
Les isolateurs numériques se caractérisent par leur longue durée de vie soit 25 ans ou plus, alors que les isolateurs optiques ont une durée de vie d’environ 10 ans.
3. Vitesse de réponse élevée
Alors que les isolateurs optiques peuvent isoler des signaux jusqu’à environ 20 Mbps, les isolateurs numériques peuvent gérer des vitesses de 150-200 Mbps, soit environ dix fois plus rapide.
4. Faible consommation de courant
Les isolateurs numériques peuvent maintenir une faible consommation de courant. En particulier, le type d’isolation capacitive permet de réduire la consommation de courant quelle que soit la vitesse.