Гальваническая развязка: назначение и методы

Раздел III. Каналы передачи помех. Гальваническая связь.

Гальваническая
связь возникает, если некоторое полное
сопротивление оказывается общим для
двух или нескольких контуров.

Различают
гальваническую связь рабочих контуров
через цепь общего питания от одного
источника и гальваническую связь между
рабочими контурами через контур
заземления.

Для
любой линейной электрической цепи
справедливо матричное уравнение
относительно контурных токов.

=

Будем
считать, что ветви связи – это ветви с
приемниками электрического сигнала, а
ветви дерева – все остальные ветви
(масса и т.д.).

Наличие
общего сопротивления контуров приводит
к появлению внедиагональных членов
матрицы .
Каждый внедиагональный член этой матрицы
является коэффициентом передачи от
изменения тока в одном из приемников к
изменению напряжения в другом приемнике.

Напряжение
помехи формируется при изменении тока
в другом рабочем контуре или в контуре
заземления.

Для
снижения гальванических влияний
требуется либо гальваническая развязка
контуров, либо снижение до допустимого
значения общего сопротивления контуров.

Пусть
имеется 1 источник сигнала и несколько
приемников, соединенных с источником
одной двухпроводной линией.

В
этом случае общее сопротивление контуров,
образованных в каждом из приемников,
равно:

Если
для передачи сигнала к каждому приемнику
использовать отдельную линию, то общее
сопротивление рабочих контуров будет
уменьшаться.

В
этом случае общее сопротивление рабочих
контуров:

То
есть сопротивления проводов линии не
будут участвовать в гальванической
передаче помех от одного рабочего
контура к другому.

Через
контур заземления чаще всего
распространяется синфазная помеха, для
борьбы с распространением которой часто
применяется гальваническая развязка.
Для уменьшения гальванического влияния
через общую линию в некоторых случаях
применяются меры для снижения индуктивности
линии.

Микросхема ISO721 компании Texas Instruments

Микросхемы семейства ISO72х, выпускаемые компанией Texas Instruments (TI), используют емкостную изоляцию цифровых сигналов. Они изготавливаются по современной высокоэффективной технологии, обеспечивающей исключительную устойчивость к магнитным полям.

В ISO72x используются каналы постоянного и переменного тока, как это показано на рис. 2. В канале переменного тока не используется кодирование, и данные передаются через барьер непосредственно сразу после преобразования в дифференциальную форму. Дифференциальное представление сигнала позволяет использовать подавление синфазных помех в приемнике. Подавление синфазных помех совместно с разностью проводимости развязывающего элемента для низкочастотных помех и высокочастотных сигналов позволяет снизить воздействие синфазных переходных процессов. По мере увеличения частоты помехи подавление синфазных помех становится решающим фактором обеспечивающим сохранность данных.

Рис. 2. Структурная схема ISO72x

В канале постоянного тока сигнал сначала проходит через широтно-импульсный модулятор и только затем передается через барьер. Такая модуляция совместно с последующей демодуляцией на приемной стороне обеспечивает передачу длинных нулевых и единичных последовательностей. Кроме того, этот канал обеспечивает отказоустойчивость. Под этим понимается установление выхода в предопределенное состояние в случае нарушения работы и пропадания сигнала от передающей части микросхемы. Если несущий сигнал не определяется через 4 мкс, то выход ISO72x устанавливается в состояние логической единицы.

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.

Гальваническое разделение цепей

На рис. 1 показана упрощенная структурная схема электронного устройства без гальванического разделения цепей. На входах и на шине питания установлены защитные TVS-диоды, корпус заземлен. Поскольку современные TVS-диоды имеют очень малую паразитную емкость, их можно подключать к сигнальным линиям с высокоскоростными сигналами. Они способны защитить систему от импульсов мощностью несколько киловатт и длительностью всего несколько пикосекунд.

Рис. 1. Упрощенная структурная схема электронного устройства без гальванического разделения цепей

Другими словами, эти диоды при превышении порогового напряжения замыкают входную цепь накоротко на землю, удерживая на входе безопасное напряжение. При этом они могут в течение короткого времени длительностью несколько микросекунд (напомним, что стандартный испытательный импульс имеет форму 8/20 или 10/1000) проводить токи величиной несколько сотен ампер. Такие замечательные свойства диодов позволяют хорошо защищать схему от повреждения, но в то же время создают проблемы для помехоустойчивости из-за протекания большого импульсного тока по общей земле.

В значительной степени решить эту проблему можно за счет гальванического разделения цепей. Упрощенная структурная схема устройства с гальваническим разделением цепей показана на рис. 2. В данном случае входные тракты системы и ее питание отделены от центральной части системы гальваническим барьером. Обе части системы имеют разное заземление. Входная часть системы использует «плавающее» заземление ISO GND. Между этими землями существует паразитная емкость, представляющая собой сумму всех паразитных емкостей между изолированными частями.

Рис. 2. Упрощенная структурная схема устройства с гальваническим разделением цепей

При воздействии всплесков напряжения на входную часть системы это напряжение прикладывается и к изолирующему барьеру. Через проходную емкость этого барьера и паразитную емкость между землями короткие пики напряжения и тока проходят в изолированную часть системы. Избавиться от этого эффекта нельзя, но уменьшить его вполне возможно. Для этого между землями необходимо включить высоковольтный конденсатор С_ISO как это показано на рис. 2.

Рис. 3. Эффект от включения конденсатора С_ISO

Эффект от включения конденсатора С_ISO, иллюстрируется на рис. 3, на котором показаны результаты симулирования в случае приложения к входу электростатических разрядов с формой импульса10/100 и амплитудой 8 кВ (рис. 3а) и амплитудой 4 кВ (рис. 3б). Как и следовало ожидать, дополнительный конденсатор уменьшает амплитуду импульса и «заваливает» его фронт. Причем чем больше емкость этого конденсатора, тем более выражен данный эффект.

Не менее интересны и результаты сравнения неизолированной и изолированной системы при протекании быстрого переходного процесса во входной линии. Результаты моделирования для этого случая при импульсе напряжения 1 кВ показаны на рисунке 4. В этом случае эффект применения конденсатора С_ISO также предсказуем — заметно уменьшается амплитуда тока и длительность его протекания. Более подробно ознакомиться с результатами испытаний и с обсуждением того, как влияет емкость и сопротивление изоляционного барьера, можно, например, в .

Рис. 4. Результаты моделирования при импульсе напряжения 1 кВ

В любом случае следует иметь в виду, что использование гальванического разделения входных цепей системы от ее центральной части заметно снижает влияние всплесков перенапряжений, возникающих на входе из-за быстрых переходных процессов, электростатических разрядов и мощных помех. Причем чем меньше значение проходной емкости, тем больше эффект от применения гальванической развязки.

Введение дополнительного конденсатора СISO помогает уменьшить влияние внешних воздействий. Выбор величины емкости зависит от условий эксплуатации. В рассмотренных выше случаях (рис. 3–4) емкость конденсатора СISO по-разному влияла на изменение во времени токов и напряжений, протекающих через TVS-диоды, что объясняется разными условиями проведения испытаний на стойкость к электростатическому разряду и к переходным процессам на входных сигнальных линиях.

Доводим до ума бюджетный полуавтомат

На рынке очень много недорогих сварочных полуавтоматов, которые никогда не будут работать нормально, потому что сделаны изначально неправильно. Попробуем это исправить на уже пришедшим в негодность сварочном аппарате.

Попал мне в руки китайский сварочный полуавтомат Vita (в дальнейшем буду называть просто ПА), в котором сгорел силовой трансформатор, просто знакомые попросили отремонтировать.

Жаловались на то, что когда ещё работал, то им невозможно было что-то сварить, сильные брызги, треск и т.д. Вот решил я его довести до толку, и заодно поделится опытом, может, кому то пригодится. При первом осмотре я понял, что трансформатор для ПА был намотан не правильно, поскольку первичная и вторичная обмотки были намотаны отдельно, на фото видно, что осталась только вторичка, а первичка была намотана рядом, (так мне трансформатор принесли).

А это значит, что такой трансформатор имеет круто падающую ВАХ (вольт амперная характеристика) и подходит для дуговой сварки, но не для ПА. Для Па нужен трансформатор с жёсткой ВАХ, а для этого вторичная обмотка трансформатора должна быть намотана поверх первичной обмотки.

Для того чтобы начать перемотку трансформатора нужно аккуратно отмотать вторичную обмотку, не повредив изоляцию, и спилить перегородку разделяющую две обмотки.

Для первичной обмотки я буду использовать медный эмалевый провод толщиной 2 мм, для полной перемотки нам хватит 3,1 кг медного провода, или 115 метров. Мотаем виток к витку от одной стороны к другой и обратно. Нам нужно намотать 234 витка — это 7 слоёв, после намотки делаем отвод.

Дальше мотаем 39 витков, делаем ещё отвод, 25 витков — отвод, и 14 витков отвод.

Первичную обмотку и отводы изолируем матерчатой изолентой. Дальше мотаем вторичную обмотку тем проводом, что мы отмотали раньше. Наматываем плотно 36 витков, шинкой 20 мм2, приблизительно 17 метров.

Трансформатор готов, теперь займемся дросселем. Дроссель не менее важная часть в ПА без которой он не будет нормально работать. Сделан он неправильно, потому что не имеет зазора между двумя частями магнитопровода. Дроссель я намотаю на железе от трансформатора ТС-270. Трансформатор разбираем и берём с него только магнитопровод. Провод того же сечения, что и на вторичной обмотке трансформатора мотаем на один крен магнитопровода, или на два последовательно соединив концы, как вам нравится. Самое главное в дросселе это немагнитный зазор, который должен быть между двух половинок магнитопровода, достигается это вставками из текстолита. Толщина прокладки колеблется от 1,5 до 2 мм, и определяется экспериментальным путём для каждого случая отдельно.

Для более устойчивого горения дуги в цепь нужно поставить конденсаторы емкостью от 20000 до 40000 мкФ и напряжение конденсаторов должно быть от 50 вольт. Схематически всё это выглядит так.

Для того что бы ваш ПА заработал нормально будет достаточно сделать выше указанные действия.

А для тех, кого раздражает постоянный ток на горелке нужно в цепь поставить тиристор на 160-200 ампер, как это сделать смотрите в видео.

Всем спасибо за внимание -)

Трансформаторная (индуктивная) развязка

Для того чтобы построить индуктивную развязку, следует использовать магнитоиндукционные устройства – трансформаторы. Его конструкция может быть с сердечником или без сердечника.

Оборудование цепей гальваноразвязкой индуктивного типа осуществляется с помощью трансформаторов, у которых коэффициент трансформации составляет единицу. К источнику сигнала подключается первичная катушка, а вторичная соединяется с приемником. На этом принципе гальванические развязки трансформаторного типа служат основой для создания магнитомодуляционных устройств.

Выходное напряжение, возникающее во вторичной обмотке, напрямую связано с напряжением на входе трансформаторного устройства. В связи с этим, индуктивная развязка имеет серьезные недостатки, почему и ограничивается ее применение:

• Невозможно изготовить компактное устройство из-за существенных габаритных размеров трансформатора.
• Частота пропускания ограничивается частотной модуляцией самой развязки.
• Помехи, возникающие во входном сигнале, снижают качество сигнала на выходе.
• Подобная трансформаторная гальваническая развязка может нормально работать только при наличии переменного напряжения.

Устойчивость

Для того чтобы дать более четкое определение устойчивости, следует определить факторы, действующие в жестких условиях эксплуатации. Два фактора рассмотрены в этой статье — рабочее напряжение и внешнее магнитное поле. Рабочее напряжение определяет уровень напряжения, присутствующего в конкретном приложении — обычно это напряжение силовой сети. По соображениям безопасности изолирующая развязка не должна пробиваться под действием рабочего напряжения. Понятие «пробой» и соответствующие условия тестирования представлены в ряде стандартов: UL 1577, IEC 60747-5-2, IEC 61010-1 и CSA.

Детальное описание процедуры тестирования в рамках этой статьи не приводится

Однако, принимая во внимание тот факт, что прохождение теста является обязательным, следует обратить внимание на некоторые моменты, связанные с ним. Кроме того, прохождение теста само по себе уже является хорошим методом объективного сравнения качественных и количественных характеристик разных технологий изоляции

Сразу оговоримся, что разные стандарты предусматривают разные процедуры тестирования, которые, тем не менее, имеют общие положения.

В частности, тестируемый прибор рассматривается как двухвыводной черный ящик (рис. 3). Выводы прибора собраны в две группы. Тест определяет диэлектрическую прочность изоляции безотносительно к возможности передачи полезного информационного сигнала. Сертификат о прохождении тестирования на диэлектрическую прочность обычно упоминается в описании прибора.

Рис. 3. Общая часть теста изоляции применительно к разным технологиям

В промышленных условиях нормальным является расположение сигнальных линий вблизи электромоторов

Электрический шум, распространяющийся по «земле», конечно, имеет значение, но в таких условиях не менее важно влияние магнитного поля. Магнитное поле влияет на приемник сигнала и нарушает его работу

Рис. 4 показывает отношение теоретической устойчивости приемников в составе ISO721 и ADUM1100, проверенных в соответствии со стандартом IEC.

Специальные микросхемы оптической развязки сигнала

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

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).

Рис.4. Осциллограмма переходного процесса il300.

Рис.5. Осциллограмма переходного процесса hcnr201.

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:

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.

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:

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))

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

Проблемы паразитного заземления и их решение

Если его не предотвратить, паразитное заземление может стать серьезной проблемой для измерительных систем. Иногда называемое «шумом», паразитное заземление связано с непреднамеренной привязкой электрооборудования к более чем одному пути заземления — любая разность потенциалов в этих точках заземления может вызывать токовую петлю, что может приводить к искажениям сигнала. Если амплитуда этих искажений достаточно высока, это может сделать измерение бесполезным.

На рисунке ниже измерительный усилитель соединен с землей (GND 1) с одной стороны. Для подключения датчика используется асимметричный экранированный кабель, металлический корпус которого помещен на проводящую поверхность в точке GND 2. Из-за длины кабеля существует разница в потенциале между GND1 и GND 2. Эта разность потенциалов действует как источник напряжения, обьединяясь с электромагнитным шумом окружающей среды.

Паразитное заземление, вызванное разностью потенциалов заземления

Если бы датчик можно было отделить от GND 2, это могло бы решить проблему. Но это не всегда возможно. Кроме того, иногда по правилам безопасности требуется привязка к экрану кабеля, а значит отказаться от него нельзя.

Оптимальным решением является использование дифференциального усилителя внутри изолированного преобразователя сигнала. Всего одно изменение позволяет решить эту проблему.

Устранение проблем разности потенциалов заземления с помощью изоляции

Паразитное заземление может также поступать от самого прибора через его собственный источник питания. Мы помним, что наша измерительная система подключена к источнику питания, который имеет опорное заземление

Поэтому крайне важно отделить эту привязку от компонентов обработки сигналов, чтобы исключить образование паразитного заземления внутри прибора

Паразитное заземление, вызванное источником питания

Эта ситуация может быть опасной, если существует неисправность проводки. В случае с путем тока высокого напряжения от источника питания, что произойдет, если линия возврата будет разорвана? Вся энергия будет направлена через часть преобразования сигнала системы сбора данных. Это может привести к повреждению или выводу из строя всей системы и даже к возникновению опасных напряжений для оператора прибора.

Опасность паразитного заземления, вызванного источником питания

При полной изоляции сигнального канала от источника питания описанная выше ситуация невозможна.

PVA33: быстродействующее реле для коммутации сигналов

Реле переменного тока серии PVA33 — однополюсное, нормально разомкнутое. Предназначено для общих целей коммутации аналоговых сигналов.

Принцип действия устройства — следующий (рис. 1). Напряжение, подаваемое на вход реле, вызывает протекание тока через арсенидо-галлиевый светодиод (GaAlAs), что приводит к интенсивному свечению последнего. Световой поток попадает на интегральный фотогальванический генератор (ФГГ), который создает разницу потенциалов между затвором и истоком выходного ключа, тем самым переводя последний в проводящее состояние. В качестве силовых выходных ключей применены силовые МОП-транзисторы (HEXFET — запатентованная IR технология). Таким образом достигается полная гальваническая изоляция входных цепей от выходных.

Рис. 1. Структурная схема PVA33

Преимущества подобного решения по сравнению с обычными электромеханическими и герконовыми реле состоит в значительном повышении срока службы и быстродействия, уменьшении потерь мощности, минимизации размеров. Эти преимущества позволяют повысить качество разрабатываемой продукции для различных применений, например, в области мультиплексирования сигналов, автоматического испытательного оборудования, систем сбора данных и других.

Уровень напряжений, который способен коммутировать реле этой серии, лежит в диапазоне от 0 до 300 В (амплитудное значение) как переменного, так и постоянного тока. При этом минимальный уровень определяется (при постоянном токе) сопротивлением канала выходных транзисторов, которое составляет в среднем около 1 Ом (максимально до 20 Ом).

Динамические характеристики устройства определяются временем включения-выключения, составляющим порядка 100 мкс. Таким образом, гарантированная частота переключений реле может достигать 500 Гц и более.

Максимальная частота коммутируемого сигнала зависит в основном от частотных характеристик применяемых транзисторов и для МОП-ключей достигает сотен килогерц. Реле поставляются в 8-выводных DIP-корпусах и доступны в двух вариантах: для монтажа в отверстия и для поверхностного монтажа.

Методы изоляции сигналов

Оптоизоляторы

Когда требуется, чтобы между двумя частями схемы с разными потенциалами земли проходил сигнал, популярным решением является оптоизолятор (оптопара). Оптоизолятор представляет собой фототранзистор, который открывается («включается»), когда внутренний светодиод находится под напряжением. Свет, излучаемый внутренним светодиодом, является путем прохождения сигнала, и, таким образом, изоляция между потенциалами земли не нарушается.

Рисунок 3 – Схема типового оптоизолятора

Датчик Холла

Другим методом передачи информации между электрическими системами с раздельными потенциалами земли является использование датчика, основанного на эффекте Холла. Датчик Холла детектирует индукцию неинвазивно и не требует прямого контакта с исследуемым сигналом и не нарушает изолирующий барьер. Наиболее распространенное использование проходящей индукционной информации через цепи с различными потенциалами земли – это датчики тока.

Рисунок 4 – Датчик тока, используемый для измерения тока через проводник

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 С_ISO (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)

Применение

Без использования развязки предельный ток, протекающий между цепями, ограничен только электрическими сопротивлениями, которые обычно относительно малы. В результате возможно протекание выравнивающих токов и других токов, способных повреждать компоненты цепи или поражать людей, прикасающихся к оборудованию, имеющему электрический контакт с цепью. Прибор, обеспечивающий развязку, искусственно ограничивает передачу энергии из одной цепи в другую. В качестве такого прибора может использоваться разделительный трансформатор или оптрон. В обоих случаях цепи оказываются электрически разделёнными, но между ними возможна передача энергии или сигналов.

Итоги

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

*- 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, .

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

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.

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.

Итоги

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

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

**- цена средняя по минимальным. Ярослав Власов

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине