Что такое гальваническая развязка

Решение проблемы питания изолированной части с помощью приборов семейства isoPower

Не так давно фирмой Analog Devices было разработано семейство приборов isoPower, которые являются развитием линии iCoupler. В приборах isoPower применяется та же технология с микротрансформаторами, но помимо передачи цифровых данных, в isoPower обеспечивается передача энергии и имеются все необходимые ключевые схемы, выпрямители и стабилизаторы. При этом обеспечивается такая же электрическая прочность изоляции, как и для каналов передачи данных. То есть, другими словами, в приборах семейства isoPower имеется встроенный DC/DC-преобразователь и при этом он вместе с двумя каналами передачи информации представляет собой микросхему в корпусе SOIC-8.

Рис. 8. Подключение преобразователя AD7400 к микроконтроллеру

В приборах ADuM5240,ADuM5241 и ADuM5242 — первых представителях семейства isoPower — имеется мостовая схема на ключах CMOS, которая обеспечивает возбуждение трансформатора. По другую сторону изолирующего барьера сигнал переменного тока выпрямляется с помощью диодов Шот-ки. Выпрямленный сигнал поступает на стабилизатор, который обеспечивает на выходе стабильное напряжение 5В. На рис. 9 показан трансформатор, который применяется в приборах семейства ADuM524x. Эти микротрансформаторы изготовлены из золота толщиной 6 микрон и имеют изолирующий слой толщиной 20 микрон, который рассчитан на напряжение 5 кВ. Так как диаметр обмотки трансформатора составляет всего 0,6 мм и эти обмотки обладают низким соотношением индуктивность/сопротивление, по сравнению с обычными трансформаторами, для передачи энергии требуется высокочастотное возбуждение с частотой порядка 300 МГц.

Рис. 9. Конструкция изолятора цифрового сигнала isoPower

Сочетание средств передачи данных и энергии в одной компактной микросхеме для поверхностного монтажа обеспечивает колоссальную экономию места и себестоимости.

Рис. 10. Схема изолированного интерфейса на базе прибора isoPower и АЦП AD7823

На рис. 10 показана типичная конфигурация изоляции для интерфейса SPI. Комбинация устройств iCoupler ADuM1200 и isoPower ADuM5242 позволяет передавать данные по четырем каналам (один канал на рис. 10 не задействован) и обеспечивает питание изолированной части. Мощности 50 мВт на выходе ИС ADuM5242 достаточно, чтобы обеспечить питание для ИС ADuM1200, преобразователя AD7823 и самого датчика.

Рис. 11. Возможные реализации изолированной шины I2C

Такая схема, несомненно, более компактная и дешевая, чем описанные выше, в которых применяются оптопары и отдельные DC/DC-преобразователи. Возможны и другие комбинации изоляторов ADuM524x isoPower и приборов серии ADuM120x или других приборов семейства iCoupler.

Разумеется, многие описанные в данной статье схемы, в которых применялись DC/DC-преобразователи, теперь можно реализовать с помощью приборов семейства isoPower. Малые размеры и низкая цена устройств isoPower открывают новые возможности для построения новых систем с изолированными аналоговыми входами и для уменьшения стоимости уже имеющихся.

Специальные микросхемы оптической развязки сигнала

Теперь к делу! Для начала сравним три специализированных микросхемы: il300, loc110, hcnr201. Подключенные по одной и той же схеме:

Что такое гальваническая развязка

Рис.3. Тестовая схема для il300, hcnr201 и loc110.

Разница только в номиналах для il300, hcnr201 R1,R3=30k, R2=100R, а для loc110 10k и 200R соответственно (я подбирал разные номиналы чтобы добиться максимального быстродействия, но при этом не выйти за допустимые пределы, например, по току излучающего диода). Ниже приведены осциллограммы, которые говорят сами за себя (здесь и далее: синий – входной сигнал, желтый — выходной).

Что такое гальваническая развязка

Рис.4. Осциллограмма переходного процесса il300.

Что такое гальваническая развязка

Рис.5. Осциллограмма переходного процесса hcnr201.

Что такое гальваническая развязка

Рис.6. Осциллограмма переходного процесса loc110.

Теперь рассмотрим микросхему ACPL-C87B (диапазон входного сигнала 0..2В). Честно говоря с ней я провозился достаточно долго. У меня в наличии было две микросхемы, после того как получил неожиданный результат на первой, со второй обращался очень аккуратно, особенно при пайке. Собирал всё по схеме, указанной в документации:

Что такое гальваническая развязка

Рис.7. Типовая схема для ACPL—C87 из документации.

Результат один и тот же. Подпаивал керамические конденсаторы непосредственно вблизи ножек питания, менял ОУ (естественно проверял его на других схемах), пересобирал схему и т.д. В чем собственно загвоздка: выходной сигнал имеет значительные флуктуации.

Что такое гальваническая развязка

Рис.8. Осциллограмма переходного процесса ACPL—C87.

Несмотря на то, что производитель обещает уровень шума выходного сигнала 0.013 mVrms и для варианта «B» точность ±0.5%. В чем же дело? Возможно ошибка в документации, поскольку с трудом верится в 0.013 mVrms. Непонятно. Но посмотрим в графу Test Conditions/Notes напротив Vout Noise и на Рис.12 документации:

Что такое гальваническая развязка

Рис.9. Зависимость уровня шума от величины входного сигнала и частоты выходного фильтра.

Здесь картина немного проясняется. Видимо производитель говорит нам о том, что мы можем задушить эти шумы через ФНЧ. Ну что ж, спасибо за совет (иронично). Зачем вот только всё это таким хитрым образом вывернули. Скорее всего понятно зачем. Ниже приведены графики без и с выходным RC фильтром (R=1k, C=10nF (τ=10µS))

Что такое гальваническая развязка

Рис.10. Осциллограмма переходного процесса ACPL—C87 без и с выходным фильтром.

Что такое гальваническая развязка?

Гальваническая развязка — это процесс проектирования электрического оборудования или систем с отдельными источниками питания таким образом, чтобы они не обменивались энергией или никак электрически не взаимодействовали. Идея состоит в том, чтобы поддерживать питание постоянного (и / или переменного тока) отдельно и независимо. Одна система электроснабжения не должна влиять на другую. В то же время, как
правило, необходимо полностью изолированно передавать сигналы мониторинга и данные управления между ними.

Изоляция питания достигается за счет того, что две физические секции находятся далеко друг от друга. И это обычно реализуется НЕ подключением заземляющих соединений двух систем. Это устраняет контуры заземления и уменьшает или, по крайней мере, сводит к минимуму любой перенос шума. Когда используются как высоковольтные, так и низковольтные подсистемы, такая физическая изоляция и изоляция заземления также помогает защитить пользователей и специалистов по обслуживанию от ударов электрическим
током, низковольтные цепи — от высокого напряжения, а в некоторых случаях
защищает и от молнии.

Популярные статьи  Повредится ли однофазный счетчик, если электрики подключили вместо фаза-ноль два фазных провода?

Примеры оборудования, требующего гальванической развязки, включают программируемые логические контроллеры (ПЛК) в промышленных инструментах и оборудовании, источники бесперебойного питания (ИБП), электроприводы, промышленные роботы, зарядные устройства для аккумуляторов, преобразователи частоты / инверторы и иногда DC-DC преобразователи. Не забываем о постоянно растущем сегменте автомобильных приложениях.

Что такое гальваническая развязка электрических цепей

Товары на складе (СПб)

  • Активные компоненты Передатчики
  • Приемники
  • Трансиверы
  • Отладочные платы

Сетевое оборудование

  • Медиаконвертеры Ethernet

Медиаконвертеры RS-232/422/485 и CAN
Удлинители USB
Соединительные изделия

  • Кабели

Коннекторы
Проходные адаптеры
Переходные адаптеры
Патч-корды
Аттенюаторы
Высоконадежные разъемы и кабельные сборки

  • Разъемы для FTTA (ODC)

IP-разъемы (ODVA)
Разъемы Expanded Beam
Промышленные разъемы CNLINKO
Гибридные разъемы для HDTV (SMPTE)
Инструменты

  • Инструменты для кабеля

Инструменты для коннекторов
Инструменты для POF
Чистящие материалы
Наборы инструментов
Специализированные инструменты
Измерительное оборудование

  • Приборы для измерения потерь

Приборы для проверки оптоволокна
Приборы для проверки коннекторов
Оптический датчик дуговой защиты КРУ

  • Компоненты датчика

Передача мощности по оптоволокну

  • Преобразователи Broadcom

Решения MH GoPower
Оптоэлектронные изоляционные решения

  • Индустриальные оптроны

Автомобильные оптроны
Короткие оптические линии
Микросхемы Ethernet

  • Микросхемы PHY

Главная | Продукция | Оптоэлектронные изоляционные решения

Данный раздел посвящен устройствам для осуществления оптической гальванической развязки, выпускаемым компанией Broadcom Limited (ранее Avago Technologies).

Гальваническая развязка (гальваническая изоляция, гальваноразвязка) – это передача энергии или сигнала между двумя электрическими цепями или участками электрической схемы без электрического контакта между ними. Изолирующие устройства применяются 1) для защиты человека и оборудования от высоких напряжений, 2) для согласования электрических цепей с разными напряжениями питания и 3) для подавления синфазных помех.

Одним из наиболее распространенных видов гальванической развязки является оптическая развязка, основным элементом которой является оптрон, или оптопара, – устройство, содержащее источник оптического излучения (светодиод) и фотоприемник (фотодиод, фототранзистор…), разделенные слоем диэлектрика и заключенные в один корпус.

Практика показывает, что оптическая развязка обеспечивает наиболее надежную изоляцию от высоких напряжений по сравнению с другими технологиями гальванической развязки (индуктивная, емкостная), гарантируя защиту обслуживающего персонала и низковольтного управляющего оборудования.

Компания Broadcom является ведущим мировым производителем оптронов и специализированных микросхем с оптической развязкой для различных применений. Оптроны Broadcom полностью соответствуют требованиям стандартов IEC 60747-5-5 и UL 1577 для усиленной изоляции (reinforced isolation). Оптроны Broadcom отличаются высокой стойкостью к электростатическим разрядам и скачкам напряжения. Кроме того, они нечувствительны к электромагнитному излучению и сами не создают электромагнитных помех в системе.

Все микросхемы с оптической развязкой компании Broadcom делятся на три большие группы, в зависимости от условий их эксплуатации:

  1. Пластиковые (индустриальные) – для промышленных применений.
  2. Автомобильные – для автомобильной электроники (отличаются широким температурным диапазоном).
  3. Герметичные – для высоконадежных применений и жестких условий эксплуатации (имеют прочный корпус).

Кроме того, микросхемы с оптической развязкой различаются по своему назначению. В ассортимент продукции Broadcom входят оптроны для передачи цифрового сигнала, драйверы силовых транзисторов (IGBT/MOSFET), микросхемы для управления интеллектуальными силовыми модулями (IPM), изолирующие усилители для измерения тока и напряжения и другие устройства.

На нашем сайте представлена часть номенклатуры микросхем с оптической развязкой, выпускаемых Broadcom, в основном самые новые модели. С полным ассортиментом Вы можете ознакомиться на сайте компании Broadcom и в каталоге, размещенном на нашем сайте.

Короткие оптические линии

Защиту от более высоких напряжений также можно обеспечить при помощи передатчика и приемника, соединенных оптическим волокном. Broadcom предлагает более удобные устройства, называемые короткими оптическими линиями (short link), или длинными оптронами. Они представляют собой излучатель и приемник, помещенные в единый пластиковый корпус, который можно разместить на плате. Такие устройства обеспечивают надежную гальваническую развязку до 50 кВ.

Современная гальваническая развязка

В наши дни лучший способ обеспечить необходимую гальваническую развязку — это использовать компоненты, разработанные специально для этой цели. Примеры включают специальные усилители и аналого-цифровые преобразователи (АЦП), используемые для отправки изолированных данных измерения тока и напряжения, когда это необходимо системе.

Дифференциальные усилители контролируют напряжение на чувствительном резисторе для получения значения тока. Обычно для этого приложения требуются два источника питания (рисунок ниже слева). Однако наличие второго источника питания делает продукт больше, тяжелее и дороже.

Что такое гальваническая развязка

Texas Instruments разработала линейку усилителей и АЦП с однополярным питанием, чтобы решить эту проблему. Изолированный усилитель AMC3301 (рисунок выше справа) включает полностью интегрированный преобразователь постоянного тока в постоянный (DC-DC) для подачи второго напряжения питания. Изоляция обеспечивается емкостной связью внутри интегральной схемы. AMC3301 соответствует правилам безопасности высоковольтной изоляции для сертификации UL 1577 до 4250 В среднеквадратического значения DIN VDEV 0884-11 для пикового напряжения до 6000 В.

Для обеспечения изолированных данных измерений и управления можно использовать два типа изолирующих устройств — изолированный усилитель и изолированный модулятор. Оба являются типами с однополярным питанием и каждый содержит внутренний дельта-сигма (ΔΣ) АЦП.

Контролируемый аналоговый сигнал отправляется на микросхему, усиливается, а затем оцифровывается АЦП. АЦП генерирует последовательный поток битов, который проходит через емкостный изолирующий барьер на кристалле. Этот последовательный поток битов затем отправляется на фильтр нижних частот, который вырабатывает напряжение, пропорциональное входному сигналу. В этот момент восстановленный сигнал постоянного тока может быть снова оцифрован в другом АЦП, возможно, в обычном системном микроконтроллере.

В качестве другого варианта можно использовать изолированный модулятор, такой как AMC1305 / 06 от TI. Он принимает отслеживаемый сигнал тока или напряжения и усиливает его перед оцифровкой в более быстром ΔΣ АЦП. АЦП посылает свой сигнал через внутренний емкостный
изолирующий барьер на выход. Этот сигнал представляет собой серию битов,
представляющих напряжение внутри устройства. Внешний фильтр нижних частот
генерирует пропорциональный аналоговый сигнал, который снова может быть
оцифрован для цифровой обработки сигнала.

Популярные статьи  Тиристорный электропривод

Хотя и изолированные усилители, и модуляторы действительно обеспечивают хорошие характеристики, изолирующие модуляторы, как правило, являются лучшей альтернативой. Они обладают превосходным соотношением сигнал / шум, большей точностью и меньшей задержкой.

Практическое использование гальванического разделения цепей

Рассмотрим практический пример использования гальванического разделения цепей. Многие компании производят гальванические развязки сигнальных цепей, но далеко не всегда они содержат встроенные DC/DC-преобразователи для разделения цепей питания. Насколько известно автору, среди работающих на нашем рынке компаний гальванические развязки с разделением цепей питания производят Analog Devices, Texas Instruments, Mornsun. К ним можно причислить и компанию SiLabs, но следует учесть, что ее компоненты содержат ключи силового каскада, но не имеют встроенного трансформатора. Применение развязок с встроенными DC/DC-преобразователями позволяет сократить занимаемое на плате место, упрощает топологию и, как следствие, облегчает решение проблем электромагнитной совместимости.

В качестве примера рассмотрим гальваническую развязку ISOW784x компании Texas Instruments. Ее структурная схема показана на рис. 5.

Рис. 5. Структурная схема ISOW784x

Приведем основные параметры ISOW784x:

  • напряжение питания: 3,3–5 В;
  • выходная мощность встроенного DC/DC-преобразователя: 0,65 Вт;
  • выходной ток встроенного DC/DC-преобразователя (max): 130 мА;
  • скорость передачи данных (max): 100 Мбит/с;
  • стойкость к изменению синфазного напряжения: 100 кВ/мкс;
  • электрическая прочность изолирующего барьера: 5 кВ (СКЗ) и 7,071 кВ в пике;
  • диапазон рабочей температуры: –40…125 °C;
  • корпус: 16‑выводной SOIC размером 10,3×7,5 мм.

Максимального выходного тока 130 мА встроенного DC/DC-преобра­­зователя, как правило, вполне достаточно для того, чтобы организовать питание четырех трактов входных сигналов. В качестве диэлектрика в развязке используется диоксид кремния SiO2. Его диэлектрическая прочность достигает 500 В (СКЗ)/мкм, благодаря чему и достигается высокая электрическая прочность изоляции, позволяющая с запасом удовлетворить требования стандартов электробезопасности.

Заметим, что никакое гальваническое разделение цепей не означает полного разделения частей. Проходные емкости собственно развязки, особенно малогабаритного встроенного трансформатора DC/DC-преобразователя, и паразитные емкости платы создают токовый контур, который представляет собой антенну, излучающую помехи. Причем чем выше скорость передачи данных и больше площадь токовой петли из паразитных емкостей, тем больше величина излучаемых помех

На эти обстоятельства следует обратить внимание при разработке топологии платы и постараться уменьшить паразитные емкости между двумя частями системы

Уменьшить величину токовой петли может Y2‑конденсатор СISO (рис. 2). Напомним, что по требованиям стандарта IEC60384-1 максимально допустимое напряжение Y2‑конденсатора должно находиться в диапазоне 150–300 В (АС). Этот конденсатор должен выдерживать пиковое напряжение 5 кВ. Но, к сожалению, такой конденсатор имеет и паразитную индуктивность выводов, которая снижает эффективность его использования в полосе частот выше 200–300 МГц.

Решением этой проблемы может стать емкость, образованная слоями печатной платы (stitching capacitance). На рис. 6 показан пример формирования такой емкости на четырехслойной печатной плате. Изолированные части системы размещаются на верхнем и нижнем слоях, емкость образуется с помощью слоев земли и питания. В данном случае величина емкости составила 30 пФ. Подробный расчет, создаваемой таким образом емкости, изложен в .

Рис. 6. Конденсатор, образованный слоями печатной платы (stitching capacitance)

Гальваническая развязка оптоэлектронного типа

С развитием высоких технологий, использующих полупроводниковые элементы, все более широкое распространение получают БГР – блоки гальванической изоляции на основе оптоэлектронных узлов. Их основой служат оптроны, известные среди электротехников в качестве оптопар, выполненных на основе диодов, транзисторов, тиристоров и других элементов, обладающих повышенной светочувствительностью.

Общая схема оптической части, связывающая источник данных с приемником, использует в качестве сигнала нейтральные фотоны. Благодаря этому свойству, выполняется развязка цепи на входе и выходе, а также ее согласование с входными и выходными сопротивлениями.

Когда используется оптоэлектронная схема, приемник совершенно не влияет на источник сигнала, поэтому сигналы могут модулироваться в широком частотном диапазоне. Данные устройства обладают компактными размерами, поэтому они часто используются в микроэлектронике.

В конструкцию оптической пары входит световой излучатель, проводящая среда для светового потока, а также приемник, преобразующий свет в электрические сигналы. Сопротивление на входе и выходе оптрона очень большое, прядка нескольких миллионов Ом.

Вначале входной сигнал попадает на светодиод, далее в виде света он по световоду попадает на фототранзистор. На выходе устройства данная схема создает перепад или импульс выходного электрического тока. В результате цепи, связанные с двух сторон со светодиодом и фототранзистором, оказываются изолированными между собой.

Диэлектрическая прочность

Диэлектрическая прочность — это максимальный уровень напряжения, при котором изолирующий барьер может предотвратить пересечение сигнала. Различные изоляционные материалы имеют разную диэлектрическую прочность, измеряемую в Vrms/мкм. Воздушный зазор обычно обеспечивает 1 Vrms/мкм, тогда как эпоксидные смолы могут быть в 20 раз эффективнее, а диоксид кремния, содержащийся во многих емкостных изоляционных барьерах, дает примерно 500 Vrms/мкм. Существуют и другие материалы, обычно используемые в барьерах, включая полиимиды, применяемые в емкостных изоляторах, и заполненные кремнеземом эпоксидные формовочные смеси, часто встречающиеся в оптических изоляторах.

Термин: Развязка гальваническая

Гальваническая развязка (гальваноразвязка, гальваническая изоляция) – это название общего принципа электрической изоляции рассматриваемой электрической цепи относительно других цепей, присутствующих в данном устройстве. Гальваническая изоляция, как правило, применяется для решения одной из двух (или обеих) задач:

1. Обеспечение независимости сигнальной цепи (при подключении приборов и устройств) за счёт того, что гальваническая изоляция обеспечивает независимый контур тока сигнальной цепи относительно других контуров тока, возникающих при соединении приборов и устройств. Например, это может быть независимость цепи измерения от силовой исполнительной цепи. Независимость сигнальной цепи решает целый ряд проблем электромагнитной совместимости (ЭМС): улучшает помехозащищённость, соотношение сигнал/шум в сигнальной цепи, точность измерения. Гальванически изолированный вход или выход устройства всегда способствует лучшей его совместимости с другими устройствами в тяжелой электромагнитной обстановке. В многоканальных измерительных системах (системах сбора данных) гальваническая развязка бывает как групповая (одна на несколько каналов измерения), так и поканальная (индивидуальная для каждого канала измерения).

2. Обеспечение электробезопасности при работе с оборудованием согласно ГОСТам на электробезопасность. Для электрического оборудования для измерения, управления и лабораторного применения применяют ГОСТ 12.2.091-2012, согласно которому определяют требования к стойкости изоляции (испытательному напряжению)

Важно отметить, что гальваническая изоляция – это одна из технических мер обеспечения электробезопасности, поэтому требования к изоляции конкретной цепи всегда следует рассматривать в совокупности с другими мерами электобезопасности (защитное заземление, цепи ограничения тока и напряжения и т.д.), принятыми в данном конкретном случае. В любом случае, испытательное напряжение изоляции, указанное в документации на оборудование, должно многократно превышать номинальные напряжения изолируемых цепей

Популярные статьи  Источники питания в системах электроснабжения

Следует отметить, что гальваническая развязка цепей может обеспечиваться разными техническими способами: трансформаторная (индуктивная) гальваноразвязка (трансформаторы, цифровые изоляторы на высокочастотном трансформаторном принципе), оптическая гальваноразвязка (оптроны, оптореле), ёмкостная гальваноразвязка (цифровые изоляторы на ёмкостном принципе), электромеханическая развязка (электромеханические реле). Эти способы отличаются не только очевидными эксплуатационными параметрами «по назначению», но и, например, менее очевидными параметрами обеспечения «степени независимости» изолируемых цепей. Например, обычный сетевой трансформатор питания может иметь межобмоточную ёмкость – тысячи пФ, в то время как оптрон – десятые доли пФ. Эта ёмкость гальваноразвязки существенно влияет на сквозные токи высокой частоты через гальваноразвязку и фактически определяет независимость изолируемых цепей для синфазного напряжения с высокой скоростью нарастания.

Перейти к другим терминам Cтатья создана: 06.07.2014
О разделе «Терминология» Последняя редакция: 26.07.2019

Термин используется при описании электрических свойств входов и выходов измерительных приборов, исполнительных и интерфейсных устройств. Ниже приводим примеры измерительных приборов с гальванической изоляцией измерительных цепей.

Измерительная система LTR

АЦП: 16 бит; 16/32 каналов; ±0,2 В…10 В; 2 МГц ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 1 МГц Цифровые входы/выходы: 17/16, ТТЛ 5 В Интерфейс: USB 2.0 (high-speed), Ethernet (100 Мбит) Гальваническая развязка.

Модуль АЦП/ЦАП 16/32 каналов, 16 бит, 2 МГц, USB, Ethernet

E-502

АЦП: 16 бит; 16/32 каналов; ±0,2 В…10 В; 2 МГц ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 1 МГц Цифровые входы/выходы: 18/16 TTL 5 В Интерфейс: PCI Express

Плата АЦП/ЦАП 16/32 каналов, 16 бит, 2 МГц, PCI Express

L-502

Точность измерения: • напряжения и тока ±0,1% • активной мощности ±0,2% • активной энергии — класс 0,2S

Прибор контроля качества электроэнергии

Итоги

Подведем итог. На мой взгляд наилучшим вариантом является схема на отечественных АДО130А (где они их только взяли?!). Ну и напоследок небольшая сравнительная таблица:

Микросхема tr+задерж. (по осцилл.), мкс tf+задерж. (по осцилл.), мкс Диап. напряж., В Напряж. изоляции, В Шум (по осцилл.) мВп-п. Цена** за шт., р (05.2018)
IL300 10 15 0-3* 4400 20 150
HCNR201 15 15 0-3* 1414 25 150
LOC110 4 6 0-3* 3750 15 150
ACPL-C87B 15 15 0-2 1230 нд 500
6N136 10 8 0-3* 2500 15 50
АОД130А 2 3 0.01-3* 1500 10 90
ADUM3190T 2 2 0.4-2.4 2500 20 210

*- приблизительно (по собранной схеме с оптимизацией по быстродействию)

**- цена средняя по минимальным.Ярослав Власов

P.S. АОД130А производства ОАО «Протон» (с гравировкой их логотипа в черном корпусе) — хороший. Старые (90х годов в коричневом корпусе) не годятся.

Гальванической развязкой или гальванической изоляцией называется общий принцип электрической (гальванической) изоляции рассматриваемой электрической цепи по отношению к другим электрическим цепям. Благодаря гальванической развязке осуществима передача энергии или сигнала от одной электрической цепи к другой электрической цепи без непосредственного электрического контакта между ними.

Гальваническая развязка позволяет обеспечить, в частности, независимость сигнальной цепи, поскольку формируется независимый контур тока сигнальной цепи относительно контуров токов других цепей, например силовой цепи, при проведении измерений и в цепях обратной связи. Такое решение полезно для обеспечения электромагнитной совместимости: повышается помехозащищенность и точность измерений. Гальваническая изоляция входа и выхода устройств зачастую улучшает их совместимость с другими устройствами в тяжелой электромагнитной обстановке.

Безусловно, гальваническая развязка обеспечивает и безопасность при работе людей с электрическим оборудованием. Это одна из мер, и изоляцию конкретной цепи необходимо всегда рассматривать в совокупности с другими мерами обеспечения электрической безопасности, такими как: защитное заземление и цепи ограничения напряжения и тока.

Для обеспечения гальванической развязки могут быть использованы различные технические решения:

индуктивная (трансформаторная) гальваническая развязка, которая применяется в и для изоляции цифровых цепей;

оптическая развязка посредством оптрона (оптопара) или оптореле, применение которой является типичным для многих современных импульсных источников питания;

емкостная гальваноразвязка, когда сигнал подается через конденсатор очень маленькой емкости;

электромеханическая развязка посредством, например, .

Что такое гальваническая развязка

В настоящее время очень широкое распространение получили два варианта гальванической развязки в схемах: трансформаторный и оптоэлектронный.

Что такое гальваническая развязка

Построение гальванической развязки трансформаторного типа предполагает применение магнитоиндукционного элемента (трансформатора) с сердечником или без сердечника, выходное напряжение, снимаемое со вторичной обмотки которого пропорционально входному напряжению устройства

Однако, при реализации этого способа, важно учесть следующие его недостатки:. на выходной сигнал могут влиять помехи, создаваемые несущим сигналом;

на выходной сигнал могут влиять помехи, создаваемые несущим сигналом;

частотная модуляция развязки ограничивает частоту пропускания;

большие габариты.

Что такое гальваническая развязка

Развитие технологии полупроводниковых устройств в последние годы расширяет возможности построения оптоэлектронных узлов развязки, основанных на оптронах.

Принцип работы оптрона прост: светодиод излучает свет, который воспринимается фототранзистором. Так осуществляется гальваническая развязка цепей, одна из которых связана со светодиодом, а другая — с фототранзистором.

Такое решение имеет ряд достоинств: широкий диапазон напряжений развязки, вплоть до 500 вольт, что немаловажно для построения систем ввода данных, возможность работы развязки с сигналами частотой до десятков мегагерц, малые габариты компонентов.

Если не применять гальваническую развязку, то максимальный ток, протекающий между цепями, ограничивается лишь относительно небольшими электрическими сопротивлениями, что может привести в результате к протеканию выравнивающих токов, способных причинить вред как компонентам цепи, так и людям, прикасающимся к незащищенному оборудованию. Обеспечивающий развязку прибор специально ограничивает передачу энергии от одной цепи к другой.

Оцените статью
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: