Гальваническая развязка трансформаторного типа. Гальваническая развязка: принцип работы, виды и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое гальваническая развязка. Как работает гальваническая изоляция. Какие бывают виды гальванической развязки. Где применяется гальваническая развязка в электронике и электротехнике. Какие преимущества дает использование гальванической изоляции.

Содержание

Что такое гальваническая развязка и зачем она нужна

Гальваническая развязка — это способ передачи энергии или сигнала между электрическими цепями без прямого электрического контакта между ними. Основная задача гальванической развязки — обеспечить электрическую изоляцию одной цепи от другой.

Зачем нужна гальваническая развязка? Она выполняет несколько важных функций:

Защищает людей и оборудование от поражения электрическим током
Устраняет паразитные токи между цепями
Повышает помехозащищенность и точность измерений
Обеспечивает электромагнитную совместимость устройств
Позволяет соединять цепи с разными уровнями напряжений

Таким образом, гальваническая развязка играет важную роль в обеспечении безопасности и надежности работы электронных устройств и электрических систем.

Принцип работы гальванической развязки

Принцип действия гальванической развязки основан на передаче энергии или сигнала без непосредственного электрического контакта между цепями. Это достигается различными способами:

С помощью магнитного поля (в трансформаторах)
Через световой поток (в оптронах)
Посредством электрического поля (в конденсаторах)
Механическим способом (в реле)

Рассмотрим принцип работы на примере трансформатора:

Первичная обмотка электрически изолирована от вторичной
Между обмотками нет прямого контакта и тока
Передача энергии происходит через магнитное поле
На выходе формируется изолированный сигнал

Благодаря такому принципу обеспечивается надежная изоляция входной и выходной цепей.

Основные виды гальванической развязки

Существует несколько основных видов гальванической развязки, каждый из которых имеет свои особенности:

1. Трансформаторная (индуктивная) развязка

Использует трансформатор для передачи сигнала через магнитное поле. Основные характеристики:

Высокая электрическая прочность изоляции
Возможность передачи больших мощностей
Работает только на переменном токе
Имеет значительные габариты

2. Оптоэлектронная развязка

Основана на передаче сигнала через световой поток с помощью оптронов. Ключевые особенности:

Высокое быстродействие
Малые габариты
Работает как на постоянном, так и на переменном токе
Ограниченная мощность передачи сигнала

3. Емкостная развязка

Использует конденсаторы для передачи сигнала через электрическое поле. Характеристики:

Простота реализации
Малые габариты
Работает только на переменном токе
Ограниченная электрическая прочность

4. Электромеханическая развязка

Основана на использовании электромеханических реле. Особенности:

Высокая электрическая прочность
Возможность коммутации больших токов
Низкое быстродействие
Наличие механического износа

Применение гальванической развязки

Гальваническая развязка широко применяется в различных областях электроники и электротехники:

В источниках питания для изоляции первичных и вторичных цепей
В измерительных приборах для повышения точности измерений
В системах автоматики и управления для защиты низковольтных цепей
В медицинском оборудовании для обеспечения безопасности пациентов
В телекоммуникационных системах для устранения помех

В промышленных контроллерах для изоляции входов/выходов

Таким образом, гальваническая развязка является важным элементом многих электронных устройств и систем.

Преимущества использования гальванической развязки

Применение гальванической развязки дает ряд существенных преимуществ:

Повышение электробезопасности оборудования и защита персонала
Устранение паразитных токов и повышение помехозащищенности
Возможность соединения цепей с разными уровнями напряжений
Улучшение электромагнитной совместимости устройств
Повышение точности измерений в измерительных системах
Защита чувствительных электронных компонентов от перенапряжений

Все это делает гальваническую развязку незаменимым элементом во многих областях современной электроники и электротехники.

Выбор оптимального типа гальванической развязки

При выборе типа гальванической развязки для конкретного применения необходимо учитывать несколько факторов:

Требуемый уровень изоляции
Диапазон рабочих частот
Мощность передаваемого сигнала
Быстродействие системы
Габаритные ограничения
Стоимость реализации

Какой тип гальванической развязки выбрать? Это зависит от конкретной задачи:

Для высоковольтных применений оптимальна трансформаторная развязка
Для высокочастотных сигналов подойдет оптронная развязка
Для простых схем можно использовать емкостную развязку
Для коммутации мощных нагрузок применяют электромеханическую развязку

Правильный выбор типа гальванической развязки позволяет создать оптимальное решение для каждой конкретной задачи.

Заключение

Гальваническая развязка играет важную роль в современной электронике и электротехнике. Она обеспечивает безопасность, повышает помехозащищенность и позволяет создавать надежные электронные устройства. Понимание принципов работы и особенностей различных типов гальванической развязки позволяет инженерам разрабатывать эффективные и безопасные электронные системы.

Гальваническая развязка. Виды и работа. Особенности

Принцип изоляции электрической цепи от других цепей в одном устройстве называется гальваническая развязка или изоляция. С помощью такой изоляции осуществляется передача сигнала или энергии от одной электрической цепи к другой, без прямого контакта между цепями.

Гальваническая развязка дает возможность обеспечения независимости цепи сигналов, так как образуется независимый токовый контур сигнальной цепи от других контуров, в цепях обратной связи и при измерениях. Для электромагнитной совместимости гальваническая развязка является оптимальным решением, так как увеличивается точность измерений, повышается защита от помех.

Принцип действия

Чтобы понять как работает гальваническая развязка, рассмотрим, как это реализуется в конструкции трансформатора.

Первичная обмотка электрически изолирована от вторичной обмотки. Между ними нет контакта, и не возникает никакого тока, если, конечно, не считать аварийный режим с пробоем изоляции или виткового замыкания. Однако разность потенциалов в катушках может быть значительной.

В результате, если даже вторичная обмотка будет связана электрически с корпусом устройства, а значит и с землей, то все равно на корпусе не возникнет паразитных токов, которые были бы опасны для работников и оборудования.

Виды

Такая изоляция электрических цепей обеспечивается различными методами с применением всевозможных электронных элементов и деталей. Например, трансформаторы, конденсаторы и оптроны способны осуществлять передачу электрических сигналов без непосредственного контакта. Участки цепи взаимодействуют через световой поток, магнитное или электростатическое поле. Рассмотрим основные виды гальванической изоляции.

Индуктивная развязка

Для построения трансформаторной (индуктивной) развязки необходимо применить магнитоиндукционный элемент, который называется трансформатором. Он может быть как с сердечником, так и без него.

При развязке трансформаторного вида применяют трансформаторы с коэффициентом трансформации, равным единице. Первичная катушка трансформатора соединяется с источником сигнала, вторичная – с приемником. Для развязки цепей по такой схеме можно применять магнитомодуляционные устройства на основе трансформаторов.

При этом напряжение на выходе, которое имеется на вторичной обмотке трансформатора, будет напрямую зависеть от напряжения на входе устройства. При таком методе индуктивной развязки существует ряд серьезных недостатков:

Значительные габаритные размеры, не позволяющие изготовить компактное устройство.
Частотная модуляция гальванической развязки ограничивает частоту пропускания.
На качество выходного сигнала влияют помехи несущего входного сигнала.
Действие трансформаторной развязки возможно только при переменном напряжении.

Оптоэлектронная развязка

Развитие электронных и информационных технологий полупроводниковых элементов в настоящее время повышает возможности проектирования развязки с помощью оптоэлектронных узлов. Основу таких узлов развязки составляют оптроны (оптопары), которые выполнены на основе тиристоров, диодов, транзисторов и других компонентов, чувствительных к свету.

В оптической части схемы, которая связывает приемник и источник данных, носителем сигнала выступают фотоны. Нейтральность фотонов дает возможность выполнить электрическую развязку выходной и входной цепи, а также согласовать цепи с различными сопротивлениями на выходе и входе.

В оптоэлектронной развязке приемник не оказывает влияние на источник сигнала, поэтому есть возможность модулирования сигналов широкого диапазона частот. Важным преимуществом оптических пар является их компактность, которая позволяет их применение в микроэлектронике.

Оптическая пара состоит из излучателя света, среды, проводящей световой поток, и приемника света, который преобразует его в сигнал электрического тока. Сопротивление выхода и входа в оптроне очень велико, и может достигать нескольких миллионов Ом.

Принцип действия оптрона довольно простой. От светодиода выходит световой поток и направляется на фототранзистор, который воспринимает его и осуществляет дальнейшую работу в соответствии с этим световым сигналом.

Более подробно работа оптопары выглядит следующим образом. Входной сигнал поступает на светодиод, который излучает свет по световоду. Далее световой поток воспринимается фототранзистором, на выходе которого создается перепад или импульс электрического тока выхода. В результате выполняется гальваническая развязка цепей, которые связаны с одной стороны со светодиодом, а с другой – с фототранзистором.

Диодная оптопара

В этой паре источником светового потока является светодиод. Такая пара может применяться вместо ключа и работать с сигналами частотой в несколько десятков МГц.

При необходимости передачи сигнала источник подает на светодиод питание, в результате чего излучается свет, попадающий на фотодиод. Под действием света фотодиод открывается и пропускает через себя ток.

Приемник воспринимает появление тока как рабочий сигнал. Недостатком диодных оптопар является невозможность управления повышенными токами без вспомогательных элементов. Также к недостаткам можно отнести их малый КПД.

Транзисторная оптопара

Такие оптические пары имеют повышенную чувствительность, в отличие от диодных, а значит, являются более экономичными. Но их скорость реакции и наибольшая частота соединения оказывается меньше. Транзисторные оптические пары обладают незначительным сопротивлением в открытом виде, и большим в закрытом состоянии.

Управляющие токи для транзисторной пары выше выходного тока диодной пары. Транзисторные оптроны можно применять разными способами:

Без вывода базы.
С выводом базы.

Без вывода базы коллекторный ток будет напрямую зависеть от тока светодиода, но транзистор будет иметь длительное время отклика, так как цепь базы всегда открыта.

В случае с выводом базы есть возможность увеличить скорость реакции подключением вспомогательного сопротивления между эмиттером и базой транзистора. Тогда возникает эффект, при котором транзистор не переходит в состояние проводимости до тех пор, пока диодный ток не достигнет значения, необходимого для падения напряжения на резисторе.

Такая гальваническая развязка обладает некоторыми преимуществами:

Широкий интервал напряжений развязки (до 0,5 кВ). Это играет большую роль в проектировании систем ввода информации.
Гальваническая развязка может функционировать с высокой частотой, достигающей нескольких десятков МГц.
Компоненты схемы такой развязки имеют незначительные габаритные размеры.

При отсутствии гальванической изоляции наибольший ток, который проходит между цепями, может ограничиться только малыми электрическими сопротивлениями. В результате это приводит к возникновению выравнивающих токов, которые причиняют вред элементам электрической цепи и работника, которые случайно прикасаются к незащищенному электрооборудованию.

Какая бывает гальваническая развязка | RuAut

Название «гальваническая изоляция» или «гальваническая развязка» носит основной принцип гальванической (электрической) изоляции электрической цепи, которая рассматривается, по отношению к остальным электрическим цепям. С помощью гальванической развязки осуществляется передача сигнала или энергии от одной (рассматриваемой) электрической цепи к другой цепи, при этом отсутствует непосредственный электрический контакт между этими цепями.

Посредством гальванической развязки становится возможным сделать, например, сигнальную цепь независимой. Это становится реально обеспечить, так как в целях обратной связи и при выполнении измерений происходит формирование независимого контура тока сигнальной цепи относительно контуров тока остальных цепей, к примеру, силовой. Описанное решение прекрасно подходит для осуществления электромагнитной совместимости: увеличивается точность и помехозащищенность производимых измерений. Гальваническая изоляция выхода и входа устройств очень часто повышает их совместимость с остальными устройствами в условиях тяжелой электромагнитной обстановки.

Однозначно можно утверждать и то, что гальваническая развязка служит и для обеспечения безопасности людей при работе с электрическим оборудованием. Но гальваническая развязка является только одной из мер, поэтому гальваническую изоляцию конкретной рассматриваемой цепи всегда требуется рассматривать обобщенно с остальными мерами обеспечения безопасности при работе с электрическими цепями. К таким мерам также относятся: цепи ограничения тока и напряжения и защитное заземление.

Для того, чтобы на практике применить гальваническую развязку можно прибегнуть к разнообразным техническим решениям, например:

трансформаторная (индуктивная) гальваническая изоляция (развязка). Такая развязка используется для изоляции цифровых цепей и в трансформаторах;
оптическая развязка, выполненная с помощью оптореле или оптрона (оптопара). Это техническое решение как правило можно встретить на многих современных импульсных источниках питания;
емкостная гальваническая развязка. Она применяется в случаях, когда сигнал подается через конденсатор очень маленькой емкости;
электромеханическая развязка, которая осуществляется, например, с помощью электромеханического реле.

На сегодняшний день наиболее широкое распространение получили два основных варианта гальваноразвязки в схемах. Это оптоэлектронный и трансформаторный тип гальванической развязки.

Для того, чтобы построить гальваническую развязку трансформаторного типа, необходимо использовать магнитоиндукционный элемент (трансформатор) без сердечника или с сердечником или без сердечника. При этом выходное напряжение, которое снимается со вторичной обмотки этого трансформатора, должно быть пропорционально входному напряжению устройства. Но следует помнить, что при претворении данного способа в жизнь, очень важно иметь в виду нижеперечисленные недостатки этого метода, а именно:

несущий сигнал создает помехи, которые могут влиять на выходной сигнал;
частота пропускания ограничивается частотной модуляцией развязки;
достаточно большие габариты.

Благодаря тому, что в последние годы произошло резкое развитие технологии полупроводниковых устройств, то увеличились и возможности построения оптоэлектронных узлов развязки, которые основаны на оптронах.

Принцип работы оптрона очень прост: фототранзистор воспринимает свет, который излучается светодиодом. Таким образом выполняется гальваническая изоляция цепей, если одна из этих цепей связана с фототранзистором, а другая — со светодиодом.

Рассмотренное техническое решение имеет целый ряд достоинств и преимуществ: развязка способна работать с сигналами частотой до десятков мегагерц, достаточно широкий диапазон напряжений развязки, а именно до 500 вольт, что является очень важным аспектом для построения систем ввода данных, и, конечно же, совсем небольшие габариты компонентов.

В случае, если принято решение не использовать гальваническую изоляцию, то максимальный ток, который протекает между цепями, ограничивается только относительно небольшими электрическими сопротивлениями. Это может в результате привести к протеканию выравнивающих токов, которые будут способны причинить вред как людям, которые будут прикасаться к незащищенному оборудованию, так и компонентам цепи. Прибор, который обеспечивает развязку, специально ограничивает передачу энергии от одной цепи к другой.

Гальваническая развязка в картинках / Силовая электроника / Сообщество разработчиков электроники

Судя по нескольким недавним постам, неплохо бы осветить, что такое гальваническая развязка и зачем она нужна. Итак:

Гальваническая развязка — передача энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта между ними.

А теперь, давайте на примерах 🙂

Пример 1. Сеть

Чаще всего о гальванической развязке говорят применительно к сетевому питанию, и вот почему. Представьте себе, что вы ухватились рукой за провод из розетки. Ваше «подключение» с точки зрения электричества выглядит вот так:

И, да, тока утечки тапочек вполне хватит, чтобы вы почувствовали «удар» при прикосновении к «фазовому» проводу сети. Если тапочки сухие, то такой «удар», обычно, безвреден. Но, если вы стоите босяком на влажном полу, последствия могут быть весьма плачевными.

Совсем другое дело, если в схеме присутствует трансформатор:

Если прикоснуться к одному из выводов трансформатора, через вас ток не потечет — ему просто некуда течь, второй вывод трансформатора висит в воздухе. Если, конечно, схватиться за оба вывода трансформатора, и он выдает достаточное напряжение, то долбанет и так.

Итак, в данном случае, трансформатор обеспечивает гальваническую развязку. Кроме трансформатора есть еще куча разных способов передать сигнал, не создавая электрического контакта:

Оптический: оптопары, оптоволокно, солнечные батареи
Радио: приемники, передатчики
Звуковой: динамик, микрофон
Емкостный: через конденсатор очень маленькой емкости
Механический: мотор-генератор
Можно еще понавыдумывать

Пример 2. Осциллограф

Есть прямо мега-классический способ взорвать пол-схемы. На форуме даже есть соответствующий топик. Дело в том, что многие забывают, что осциллограф (и многое другое оборудование) соединен с землей. Вот как выглядит полная картина при подключении осциллографа в схему, питающуюся прямо от сети:

Запомните — как только вы что-то подключаете в схему, оно становится частью схемы! Это справедливо и для различного измерительного оборудования.

Правильный способ измерить в что-то в такой схеме — подключить ее через развязывающий трансформатор 220->220:

Перевертыши

Готовые трансформаторы 220->220 найти довольно сложно. Поэтому, можно использовать так называемые перевертыши. Перевертыш — это два трансформатора, к примеру 220->24, выключенные последовательно вот так:

Как это выглядит на практике, вы наверняка видели в прошлой статье:

Перевертыши — это даже лучше, чем один трансформатор 220->220.

Они обеспечивают вдвое меньшую емкость между входом и выходом
Среднюю часть можно заземлить, и, таким образом очень неплохо отфильтровать помехи из сети
Можно включить 3 трансформатора, и тогда можно получить 440 или 110 вольт

Естественно, чем больше напряжение на выходе трансформаторов, тем меньше тока течет и тем лучше.

Песенка

Давным давно я на тему гальванической развязки даже песенку записал. Песенка под спойлером.

Песня, ее текст и объяснения

Эту мини-песенку я записал когда я занимался разной аудио-электроникой. Один товарисч сделал ламповую гитарную примочку и, подумав, что трансформатор который превращает 220 в 220 совершенно бесполезен, выбросил его из схемы, за что и поплатился. Я подумал, что это — вполне себе тема для метальной мини-песенки.

Привет, Олдфаг! Твой браузер не поддерживает html5! Обновись!

Ты не поставил трансформатор анодный
Запитал непосредственно из сети
Под ногой была батарея
А рукой гитару схватил ты
Ток пронзает бренное тело
Извивается бренная плоть
Ты не можешь разжать свою руку
Ты один и никто не может помочь
Разрывая и выжигая
Электроны сжимают сердце твое
Будет биться или утихнет?
Безопасность, запомни, превыше всего.

Кстати, кроме развязки в этой мелкой песенке еще два неплохих совета:

Да, все работы с сетевым напряжением нужно выполнять как минимум вдвоем.
Когда бьет током, рука сжимается, поэтому, сначала к приборам лучше прикасаться тыльной стороной правой руки.

Заключение

Естественно, на этом тема развязки не заканчивается. К примеру, через развязку очень сложно передавать быстрые сигнал. Но про это — немного попозже.

Гальваническая развязка — применение и принцип действия

В электронике и электротехнике используется большое количество схем, в которых требуется изолировать или отделить высокое силовое напряжение от низкого напряжения управляющих цепей. За счет этого создается своеобразная защита низковольтных устройств от влияния высокого напряжения. То есть, в таких цепях уже нет течения обычного электрического тока. В таких случаях, при отсутствии тока, между устройствами возникает большое омическое сопротивление, вызывающее разрыв цепи. Данную проблему успешно решает гальваническая развязка, с помощью которой убирается гальваническая связь между устройствами.

Принцип действия

Гальваническая развязка в соответствии со своей функцией известна также под понятием гальванической изоляции. Данные системы обеспечивают электрическую изоляцию конкретной цепи по отношению к другим видам цепей, находящихся рядом. Применение гальванических развязок дает возможность бесконтактного управления, обеспечивает надежную защиту людей и оборудования от поражения электротоком.

Благодаря своим особенностям, гальваническая развязка обеспечивает обмен сигналами или энергией между цепями, исключая при этом непосредственный электрический контакт. С ее помощью образуется независимая сигнальная цепь за счет формирования независимого контура тока сигнальной цепи по отношению к токовым контурам других цепей.

Гальваническая изоляция используется во время измерений в силовых цепях и в цепях обратной связи. Данное техническое решение обеспечивает также электромагнитную совместимость, усиливает защиту от помех, повышает точность измерений. Используемый блок гальванической развязки на входе и выходе каждого устройства способствует улучшению их совместимости с другими приборами в условиях сложной электромагнитной обстановки.

Для того чтобы лучше представить себе, что такое гальваническая развязка, можно рассмотреть ее действие на примере стандартного промышленного электродвигателя. На производстве в большинстве случаев используется значение питающего напряжения, значительно превышающее 220 вольт и представляющее серьезную опасность для обслуживающего персонала.

В связи с этим, подача тока на обмотки и включение двигателя осуществляется с применением специальных устройств, обеспечивающих коммутацию силовых цепей. В свою очередь, коммутаторы также управляются, чаще всего кнопками включение и выключения. Именно на этом участке и требуется развязка, защищающая оператора от воздействия опасного напряжения. Оно не попадает на пульт управления, благодаря механическому взаимодействию конструктивных элементов пускателя с магнитным полем.

В настоящее время данные системы используются в различных вариантах технических решений: индуктивные, оптические, емкостные и электромеханические.

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.

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.

Принцип действия емкостной развязки

Нередко возникает вопрос, зачем нужны различные виды развязок, в том числе и емкостная развязка. Эта схема представляет собой систему, в которой между цепями отсутствуют связи через ток, землю и другие элементы.

В этом случае передача данных электрических цепей осуществляется с помощью переменного электрического поля. Изоляция цепей происходит за счет диэлектрика, расположенного между конденсаторными пластинами. Качество развязывающего конденсатора определяется свойствами диэлектрика, размером обкладок и расстоянием между ними. Данный вид изоляции обладает повышенной энергетической эффективностью, устройства на его основе отличаются незначительными размерами, способны передавать электроэнергию и не реагируют на внешние электромагнитные поля.

Нормальная работа устройств обеспечивается разделением частоты сигнала и помех. Таким образом, емкость оказывает рабочему сигналу совсем небольшое сопротивление, а для помех создает преграду.

Работа электромеханической развязки

Помимо уже перечисленных, существует электромеханический вариант развязки. Вопрос для чего он нужен, практически не возникает, поскольку устройства на этой основе широко применяются в электротехнике.

Основой таких приборов служит реле, соединяющее электрические цепи в результате каких-либо изменений входных данных. В итоге они оказываются развязанными, а сама система получила название релейной.

Наиболее ярким примером является схема электромагнитного реле. Эти приборы нужны для защиты электроустановок и в различных автоматических системах. Они разделяются на реле постоянного и переменного тока. Основным элементом считается якорь, которые под действием электромагнита и пружины осуществляет замыкание и размыкание контактов.

Что такое гальваническая развязка электрических цепей? – Tokzamer

Гальваническая развязка (Часть 1). Виды и работа

Принцип действия

Чтобы понять как работает гальваническая развязка, рассмотрим, как это реализуется в конструкции трансформатора.

Виды

Индуктивная развязка

При этом напряжение на выходе, которое имеется на вторичной обмотке трансформатора, будет напрямую зависеть от напряжения на входе устройства. При таком методе индуктивной развязки существует ряд серьезных недостатков:

Значительные габаритные размеры, не позволяющие изготовить компактное устройство.
Частотная модуляция гальванической развязки ограничивает частоту пропускания.
На качество выходного сигнала влияют помехи несущего входного сигнала.
Действие трансформаторной развязки возможно только при переменном напряжении.

Оптоэлектронная развязка

Диодная оптопара

Транзисторная оптопара

Управляющие токи для транзисторной пары выше выходного тока диодной пары. Транзисторные оптроны можно применять разными способами:

Без вывода базы.
С выводом базы.

Такая гальваническая развязка обладает некоторыми преимуществами:

Широкий интервал напряжений развязки (до 0,5 кВ). Это играет большую роль в проектировании систем ввода информации.
Гальваническая развязка может функционировать с высокой частотой, достигающей нескольких десятков МГц.
Компоненты схемы такой развязки имеют незначительные габаритные размеры.

Гальваническая развязка

Принцип действия
Трансформаторная (индуктивная) развязка
Гальваническая развязка оптоэлектронного типа
Принцип действия емкостной развязки
Работа электромеханической развязки

Принцип действия

Трансформаторная (индуктивная) развязка

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.

Гальваническая развязка оптоэлектронного типа

Принцип действия емкостной развязки

Работа электромеханической развязки

Принцип работы гальванического элемента

Что такое гальванический элемент

Диммер – что это, принцип действия светорегулятора, преимущества и недостатки, область применения, схема подключения устройства

Импульсный блок питания

Принцип действия поляризованного реле

Трансформаторы тока назначение и принцип действия

Гальваническая развязка. Кто, если не оптрон?

Есть в электронике такое понятие как гальваническая развязка. Её классическое определение — передача энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта. Если вы новичок, то эта формулировка покажется очень общей и даже загадочной. Если же вы имеете инженерный опыт или просто хорошо помните физику, то скорее всего уже подумали про трансформаторы и оптроны.

Статья под катом посвящена различным способам гальванической развязки цифровых сигналов. Расскажем зачем оно вообще нужно и как производители реализуют изоляционный барьер «внутри» современных микросхем.

Речь, как уже сказано, пойдет о изоляции цифровых сигналов. Далее по тексту под гальванической развязкой будем понимать передачу информационного сигнала между двумя независимыми электрическими цепями.

Зачем оно нужно

Существует три основные задачи, которые решаются развязкой цифрового сигнала.

Пусть микроконтроллер, который имеет, естественно, небольшое напряжение питания, задает управляющие сигналы для силового транзистора или другого устройства высокого напряжения. Это более чем распространенная задача. Если между драйвером, который увеличивает управляющий сигнал по мощности и напряжению, и управляющим устройством не окажется изоляции, то микроконтроллер рискует попросту сгореть. К тому же, с цепями управления как правило связаны устройства ввода-вывода, а значит и человек, нажимающий кнопку «включить», легко может замкнуть цепь и получить удар в несколько сотен вольт.

Итак, гальваническая развязка сигнала служит для защиты человека и техники.

Не менее популярным является использование микросхем с изоляционным барьером для сопряжения электрических цепей с разными напряжениями питания. Тут всё просто: «электрической связи» между цепями нет, поэтому сигнал логические уровни информационного сигнала на входе и выходе микросхемы будут соответствовать питанию на «входной» и «выходной» цепях соответственно.

Гальваническая развязка также используется для повышения помехоустойчивости систем. Одним из основных источников помех в радиоэлектронной аппаратуре является так называемый общий провод, часто это корпус устройства. При передаче информации без гальванической развязки общий провод обеспечивает необходимый для передачи информационного сигнала общий потенциал передатчика и приемника. Поскольку обычно общий провод служит одним из полюсов питания, подключение к нему разных электронных устройств, в особенности силовых, приводит к возникновению кратковременных импульсных помех. Они исключаются при замене «электрического соединения» на соединение через изоляционный барьер.

Как оно работает

Для передачи сигнала без электрического контакта используется пара из излучателя света (чаще всего светодиод) и фотодетектора. Электрический сигнал на входе преобразуется в «световые импульсы», проходит через светопропускающий слой, принимается фотодетектором и обратно преобразуется в электрический сигнал.

Цифровые изоляторы — это микросхемы, обеспечивающие один или несколько изолированных каналов, каждый из которых «обгоняет» оптрон по скорости и точности передачи сигнала, по уровню устойчивости к помехам и, чаще всего, по стоимости в пересчете на канал.

Изоляционный барьер цифровых изоляторов изготавливается по различным технологиям. Небезызвестная компания Analog Devices в цифровых изоляторах ADUM в качестве барьера использует импульсный трансформатор. Внутри корпуса микросхемы расположено два кристалла и, выполненный отдельно на полиимидной пленке, импульсный трансформатор. Кристалл-передатчик по фронту информационного сигнала формирует два коротких импульса, а по спаду информационного сигнала — один импульс. Импульсный трансформатор позволяет с небольшой задержкой получить на кристалле-передатчике импульсы по которым выполняется обратное преобразование.

Описанная технология успешно применяется при реализации гальванической развязки, во многом превосходит оптроны, однако имеет ряд недостатков, связанных с чувствительностью трансформатора к помехам и риску искажений при работе с короткими входными импульсами.

Гораздо более высокий уровень устойчивости к помехам обеспечивается в микросхемах, где изоляционный барьер реализуется на емкостях. Использование конденсаторов позволяет исключить связь по постоянному току между приемником и передатчиком, что в сигнальных цепях эквивалентно гальванической развязке.

На одном (у Texas Instruments) или на обоих (у Silicon Labs) кристаллах, которые находятся в корпусе цифрового изолятора, расположены площадки-конденсаторы. Кристаллы соединяются через эти площадки, таким образом информационный сигнал проходит от приемника к передатчику через изоляционный барьер.

Хотя Texas Instruments и Silicon Labs используют очень похожие технологии интеграции емкостного барьера на кристалл, они используют совершенно разные принципы передачи информационного сигнала.

Каждый изолированный канал у Texas Instruments представляет собой относительно сложную схему.

Сигналы с частотой ниже 100 Кбит/сек обрабатываются на «верхней половине» схемы. Входной сигнал подвергается предварительной ШИМ-модуляции с большой тактовой частотой, модулированный сигнал подается на изоляционный барьер, по импульсам с RC-цепочек сигнал восстанавливается и в дальнейшем демодулируется.
Схема принятия решения на выходе изолированного канала «решает» с какой «половины» следует подавать сигнал на выход микросхемы.

Как видно на схеме канала изолятора Texas Instruments, и в низкочастотном, и в высокочастотном каналах используется дифференциальная передача сигнала. Напомню читателю её суть.

Дифференциальная передача — это простой и действенный способ защиты от синфазных помех. Входной сигнал на стороне передатчика «разделяется» на два инверсных друг-другу сигнала V+ и V-, на которые синфазные помехи разной природы влияют одинаково. Приемник осуществляет вычитание сигналов и в результате помеха Vсп исключается.

Дифференциальная передача также используется в цифровых изоляторах от Silicon Labs. Эти микросхемы имеют более простую и надежную структуру. Для прохождения через емкостный барьер входной сигнал подвергается высокочастотной OOK (On-Off Keying) модуляции. Другими словами, «единица» информационного сигнала кодируется наличием высокочастотного сигнала, а «ноль» — отсутствием высокочастотного сигнала. Модулированный сигнал проходит без искажений через пару емкостей и восстанавливается на стороне передатчика.

Цифровые изоляторы Silicon Labs превосходят микросхемы ADUM-ы по большинству ключевых характеристик. Микросхемы от TI обеспечивают примерно такое же качество работы как Silicon Labs, но в отдельных случаях уступают в точности передачи сигнала.

Где оно работает

Хочется добавить пару слов о том в каких микросхемах используется изоляционный барьер.
Первыми стоит назвать цифровые изоляторы. Они представляют собой несколько изолированных цифровых каналов, объединенных в одном корпусе. Выпускаются микросхемы с различной конфигурацией входных и выходных однонаправленных каналов, изоляторы с двунаправленными каналами (используются для развязки шинных интерфейсов), изоляторы со встроенным DC/DC-контроллером для изоляции питания.

Гальваническая развязка (часть 1). виды и работа

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.

Работа электромеханической развязки

Принцип работы гальванического элемента

Что такое гальванический элемент

Импульсный блок питания

Принцип действия поляризованного реле

Трансформаторы тока назначение и принцип действия

Принцип действия емкостной развязки

Гальваническая развязка оптоэлектронного типа

Трансформаторная (индуктивная) развязка

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.

Принцип действия

Гальваническая развязка — это просто

Многие современные электронные устройства сегодня требуют гальванической развязки между двумя или более частями оборудования или между двумя критическими секциями одного продукта или системы. Если вы не делали этого раньше, вам придется изучить довольно много материала для понимания основ гальванической развязки, почему она используется, и знакомство с возможными способами ее реализации.

В этой статье дается определение гальванической развязки, объясняются ее преимущества, а затем резюмируются наиболее распространенные способы ее реализации. И это открывает новый подход к обеспечению гальванической развязки с помощью специальных интегральных схем (ИС).

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.

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.

Гальваническая развязка

Для реализации гальванической развязки используется широкий спектр методов. Возможно, самый старый и самый эффективный — это трансформатор. Он позволяет передавать данные, сообщения и коды посредством магнитных полей между первичной и вторичной обмотками. Между первичной и вторичной обмотками НЕТ прямой электрической связи.

На рисунке ниже показан пример базового источника питания, используемого в системе, требующей изоляции. SN6501-Q1 — это генератор модулирующих импульсов, который вырабатывает сигнал переключения для импульсного трансформатора. Трансформатор обеспечивает соотношение витков для получения желаемого выходного напряжения и идеальной развязки, обеспечиваемой только магнитной связью между входом и выходом. Регулятор с малым падением напряжения (LDO) фильтрует выпрямленный сигнал и устанавливает желаемое выходное напряжение.

Оптопары или оптоизоляторы — еще одно почти идеальное устройство для передачи данных с допустимой скоростью. Поток данных о напряжении управляет светодиодом внутри корпуса оптопары. Фототранзистор улавливает свет на расстоянии нескольких миллиметров. Транзисторный выход полностью изолирован от входа.

Один из лучших способов изоляции — использование конденсаторов. Они блокируют постоянный ток, но пропускают переменный ток, что делает их и их варианты чрезвычайно эффективными. Другие устройства, участвующие в создании гальванической развязки, — это специальные компоненты, такие как датчики на эффекте Холла и даже механические реле.

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.

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.

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.

Гальваническая развязка 101

Для улучшения знаний и понимания гальванической развязки, вам следует рассмотреть эталонный прототип TI TIDA-010065. Эталонный прототип представляет собой упрощенную архитектуру для создания изолированного источника питания для изолированных усилителей, которые измеряют изолированные напряжения и токи. Встроенная цифровая диагностика повышает надежность и производительность системы. Это отличная платформа для самообучения и изучения тонкостей гальванической развязки.

Найти схема гальванической развязки по сети. Что такое гальваническая развязка. Как оно работает

Гальваническая развязка — передача энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта между ними.

А теперь, давайте на примерах:)

Пример 1. Сеть

Совсем другое дело, если в схеме присутствует трансформатор:

Оптический: оптопары, оптоволокно, солнечные батареи
Радио: приемники, передатчики
Звуковой: динамик, микрофон
Емкостный: через конденсатор очень маленькой емкости
Механический: мотор-генератор
Можно еще понавыдумывать

Пример 2. Осциллограф

Есть прямо мега-классический способ взорвать пол-схемы. На форуме даже есть соответствующий . Дело в том, что многие забывают, что осциллограф (и многое другое оборудование) соединен с землей. Вот как выглядит полная картина при подключении осциллографа в схему, питающуюся прямо от сети:

Правильный способ измерить в что-то в такой схеме — подключить ее через развязывающий трансформатор 220->220:

Как это выглядит на практике, вы наверняка видели в :

Перевертыши — это даже лучше, чем один трансформатор 220->220.

Они обеспечивают вдвое меньшую емкость между входом и выходом
Среднюю часть можно заземлить, и, таким образом очень неплохо отфильтровать помехи из сети
Можно включить 3 трансформатора, и тогда можно получить 440 или 110 вольт

Естественно, чем больше напряжение на выходе трансформаторов, тем меньше тока течет и тем лучше.

Песенка

Давным давно я на тему гальванической развязки даже песенку записал. Песенка под спойлером.

Песня, ее текст и объяснения

Привет, Олдфаг! Твой браузер не поддерживает html5! Обновись!

Ты не поставил трансформатор анодный
Запитал непосредственно из сети
Под ногой была батарея
А рукой гитару схватил ты
Ток пронзает бренное тело
Извивается бренная плоть
Ты не можешь разжать свою руку
Ты один и никто не может помочь
Разрывая и выжигая
Электроны сжимают сердце твое
Будет биться или утихнет?
Безопасность, запомни, превыше всего.

Кстати, кроме развязки в этой мелкой песенке еще два неплохих совета:

Да, все работы с сетевым напряжением нужно выполнять как минимум вдвоем.
Когда бьет током, рука сжимается, поэтому, сначала к приборам лучше прикасаться тыльной стороной правой руки.

Заключение

ЧТО ТАКОЕ OPTOCOUPLER

Optocoupler, также известный как оптрон, является радиоэлектронным компонентом, который передаёт электрические сигналы между двумя изолированными электрическими цепями с помощью инфракрасного света. В качестве изолятора, оптрон может предотвратить прохождение высокого напряжения по цепи. Передача сигналов через световой барьер происходит с помощью ИК-светодиода и светочувствительного элемента, например фототранзистора, является основой структуры оптрона. Оптроны доступны в различных моделях и внутренних конфигурациях. Один из наиболее распространённых — ИК-диод и фототранзистор вместе в 4-выводном корпусе, показан на рисунке.

Определённые параметры не должны превышаться в процессе эксплуатации. Эти максимальные значения используются вместе с графиками, чтоб правильно спроектировать режим работы.

На входной стороне, инфракрасный излучающий диод имеет некоторый максимальный прямой ток и напряжение, превышение которого приведёт к сгоранию излучающего элемента. Но и слишком малый сигнал не сможет заставить светиться его, и не позволит передать импульс далее по цепи.

Преимущества оптронов

возможность обеспечения гальванической развязки между входом и выходом;
для оптронов не существует каких-либо принципиальных физических или конструктивных ограничений по достижению сколь угодно высоких напряжений и сопротивлений развязки и сколь угодно малой проходной емкости;
возможность реализации бесконтактного оптического управления электронными объектами и обусловленные этим разнообразие и гибкость конструкторских решений управляющих цепей;
однонаправленность распространения информации по оптическому каналу, отсутствие обратной реакции приемника на излучатель;
широкая частотная полоса пропускания оптрона, отсутствие ограничения со стороны низких частот;
возможность передачи по оптронной цепи, как импульсного сигнала, так и постоянной составляющей;
возможность управления выходным сигналом оптрона путем воздействия на материал оптического канала и вытекающая отсюда возможность создания разнообразных датчиков, а также разнообразных приборов для передачи информации;
возможность создания функциональных микроэлектронных устройств с фотоприемниками, характеристики которых при освещении изменяются по сложному заданному закону;
невосприимчивость оптических каналов связи к воздействию электромагнитных полей, что обусловливает их защищенность от помех и утечки информации, а также исключает взаимные наводки;
физическая и конструктивно-технологическая совместимость с другими полупроводниковыми и радиоэлектронными приборами.

Недостатки оптронов

значительная потребляемая мощность, обусловленная необходимостью двойного преобразования энергии (электричество — свет — электричество) и невысокими КПД этих переходов;
повышенная чувствительность параметров и характеристик к воздействию повышенной температуры и проникающей радиации;
временная деградация параметров optocoupler;
относительно высокий уровень собственных шумов, обусловленный, как и два предыдущих недостатка, особенностями физики светодиодов;
сложность реализации обратных связей, вызванная электрической разобщенностью входной и выходной цепей;
конструктивно-технологическое несовершенство, связанное с использованием гибридной непланарной технологии, с необходимостью объединения в одном приборе нескольких — отдельных кристаллов из различных полупроводников, располагаемых в разных плоскостях.

Применение оптронов

В качестве элементов гальванической развязки оптроны применяются: для связи блоков аппаратуры, между которыми имеется значительная разность потенциалов; для защиты входных цепей измерительных устройств от помех и наводок.
Другая важнейшая область применения оптронов — оптическое, бесконтактное управление сильноточными и высоковольтными цепями. Запуск мощных тиристоров, симисторов, управление электромеханическими релейными устройствами. Импульсные блоки питания.
Создание «длинных» оптронов (приборов с протяженным гибким волоконно-оптическим световодом) открыло совершенно новое направление применения изделий оптронной техники — связь на коротких расстояниях.
Различные оптроны находят применение и в радиотехнических схемах модуляции, автоматической регулировки усиления и других. Воздействие по оптическому каналу используется здесь для вывода схемы в оптимальный рабочий режим, для бесконтактной перестройки режима.
Возможность изменения свойств оптического канала при различных внешних воздействиях на него позволяет создать целую серию оптронных датчиков: таковы датчики влажности и загазованности, датчика наличия в объеме той или иной жидкости, датчики чистоты обработки поверхности предмета, скорости его перемещения.

Универсальность оптронов как элементов гальванической развязки и бесконтактного управления, разнообразие и уникальность многих других функций являются причиной того, что сферами применения optocoupler стали вычислительная техника, автоматика, связная и радиотехническая аппаратура, автоматизированные системы управления, измерительная техника, системы контроля и регулирования, медицинская электроника, устройства визуального отображения информации. Подробнее о различных типах оптронов читайте в этом документе.

elwo.ru

Гальваническая развязка: принципы и схему

Гальваническая развязка – принцип электроизоляции рассматриваемой цепи тока по отношению к другим цепям, которые присутствуют в одном устройстве и улучшающий технические показатели. Гальваническая изоляция используется для решения следующих задач:

Достижение независимости сигнальной цепи. Применяется во время подключения различных приборов и устройств, обеспечивает независимости электрического сигнального контура относительно токов, возникающих во время соединения разнотипных приборов. Независимая гальваническая связь решает проблемы электромагнитной совместимости, уменьшает влияние помех, улучшает показатели соотношения сигнал/шум в сигнальных цепях, повышает фактическую точность измерения протекающих процессов. Гальваническая развязка с изолированным входом и выходом способствует совместимости приборов с различными устройствами при сложных параметрах электромагнитной обстановки. Многоканальные измерительные приборы имеют групповую или канальную развязки. Развязка может быть единой для нескольких каналов измерения или поканальной для каждого канала автономно.
Выполнение требований действующего ГОСТа 52319-2005 по электробезопасности. Стандарт регламентирует устойчивость изоляции в электрическом оборудовании управления и измерения. Гальваническая развязка рассматривается как один из комплекса мер по обеспечению электробезопасности, должна работать параллельно с иными методами защиты (заземление, цепи ограничения напряжения и силы тока, предохранительная арматура и т. д.).

Развязка может обеспечиваться различными методами и техническими средствами: гальванические ванны, индуктивные трансформаторы, цифровые изоляторы, электромеханические реле.

Схемы решений гальванической развязки

Во время построения сложных систем для цифровой обработки поступаемых сигналов, связанных с функционированием в промышленных условиях, гальваническая развязка должна решать следующие задачи:

Защищать компьютерные цепи от воздействия критических токов и напряжений. Это важно, если условия эксплуатации предполагают воздействие на них промышленных электромагнитных волн, существуют сложности с заземлением и т. д. Такие ситуации встречаются также на транспорте, имеющем большой фактор человеческого влияния. Ошибки могут становиться причиной полного выхода из строя дорогостоящего оборудования.
Предохранять пользователей от поражения электрическим током. Наиболее часто проблема актуальна для приборов медицинского назначения.
Минимизации вредного влияния различных помех. Важный фактор в лабораториях, выполняющих точные измерения, при построении прецизионных систем, на метрологических станциях.

В настоящее время широкое использование имеют трансформаторная и оптоэлектронная развязки.

Принцип работы оптрона

Схема оптрона

Светоизлучающий диод смещается в прямом направлении и принимает только излучение от фототранзистора. По такому методу осуществляется гальваническая связь цепей, имеющих связь с одной стороны со светодиодом и с другой стороны с фототранзистором. К преимуществам оптоэлектронных устройств относится способность передавать связи в широком диапазоне, возможность передачи чистых сигналов на больших частотах и небольшие линейные размеры.

Размножители электрических импульсов

Обеспечивают требуемый уровень электроизоляции, состоят из передатчиков-излучателей, линий связи и приемных устройств.

Размножители импульсов

Линия связи должна обеспечивать требуемый уровень изоляции сигнала, в приемных устройствах происходит усиление импульсов до значений, необходимых для запуска в работу тиристоров.

Применение электрических трансформаторов для развязки повышает надежность установленных систем, построенных на основании последовательных мультикомплексных каналов в случае выхода из строя одного из них.

Параметры мультикомплексных каналов

Сообщения каналов состоят из информационных, командных или ответных сигналов, один из адресов свободен и используется для выполнения системных задач. Применение трансформаторов повышает надежность функционирования систем, собранных на основе последовательных мультикомплексных каналов и обеспечивает работу устройства при выходе из строя нескольких получателей. За счет применения многоступенчатого контроля передач на уровне сигналов обеспечиваются высокие показатели помехозащищенности. В общем режиме функционирования допускается отправка сообщений нескольким потребителям, что облегчает первичную инициализацию системы.

Простейшее электрическое устройство – электромагнитное реле. Но гальваническая развязка на основе этого прибора имеет высокую инертность, относительно большие размеры и может обеспечить только небольшое число потребителей при большом количестве потребляемой энергии. Такие недостатки препятствуют широкому применению реле.

Гальваническая развязка типа push-pull позволяет значительно уменьшить количество используемой электрической энергии в режиме полной нагрузки, за счет этого улучшаются экономические показатели использования устройств.

Развязка типа push-pull

За счет использования гальванических развязок удается создавать современные схемы автоматического управления, диагностики и контроля с высокой безопасностью, надежностью и устойчивостью функционирования.

plast-product.ru

Гальваническая развязка. Кто, если не оптрон?

Статья под катом посвящена различным способам гальванической развязки цифровых сигналов. Расскажем зачем оно вообще нужно и как производители реализуют изоляционный барьер «внутри» современных микросхем.

Зачем оно нужно

Существует три основные задачи, которые решаются развязкой цифрового сигнала.

Первой приходит в голову защита от высоких напряжений. Действительно, обеспечение гальванической развязки — это требование, которое предъявляет техника безопасности к большинству электроприборов. Пусть микроконтроллер, который имеет, естественно, небольшое напряжение питания, задает управляющие сигналы для силового транзистора или другого устройства высокого напряжения. Это более чем распространенная задача. Если между драйвером, который увеличивает управляющий сигнал по мощности и напряжению, и управляющим устройством не окажется изоляции, то микроконтроллер рискует попросту сгореть. К тому же, с цепями управления как правило связаны устройства ввода-вывода, а значит и человек, нажимающий кнопку «включить», легко может замкнуть цепь и получить удар в несколько сотен вольт.Итак, гальваническая развязка сигнала служит для защиты человека и техники.
Не менее популярным является использование микросхем с изоляционным барьером для сопряжения электрических цепей с разными напряжениями питания. Тут всё просто: «электрической связи» между цепями нет, поэтому сигнал логические уровни информационного сигнала на входе и выходе микросхемы будут соответствовать питанию на «входной» и «выходной» цепях соответственно.
Гальваническая развязка также используется для повышения помехоустойчивости систем. Одним из основных источников помех в радиоэлектронной аппаратуре является так называемый общий провод, часто это корпус устройства. При передаче информации без гальванической развязки общий провод обеспечивает необходимый для передачи информационного сигнала общий потенциал передатчика и приемника. Поскольку обычно общий провод служит одним из полюсов питания, подключение к нему разных электронных устройств, в особенности силовых, приводит к возникновению кратковременных импульсных помех. Они исключаются при замене «электрического соединения» на соединение через изоляционный барьер.

Как оно работает

Традиционно гальваническая развязка строится на двух элементах — трансформаторах и оптронах. Если опустить детали, то первые применяются для аналоговых сигналов, а вторые — для цифровых. Мы рассматриваем только второй случай, поэтому имеет смысл напомнить читателю о том кто такой оптрон.Для передачи сигнала без электрического контакта используется пара из излучателя света (чаще всего светодиод) и фотодетектора. Электрический сигнал на входе преобразуется в «световые импульсы», проходит через светопропускающий слой, принимается фотодетектором и обратно преобразуется в электрический сигнал.

Оптронная развязка заслужила огромную популярность и несколько десятилетий являлась единственной технологией развязки цифровых сигналов. Однако, с развитием полупроводниковой промышленности, с интеграцией всего и вся, появились микросхемы, реализующие изоляционный барьер за счет других, более современных технологий. Цифровые изоляторы — это микросхемы, обеспечивающие один или несколько изолированных каналов, каждый из которых «обгоняет» оптрон по скорости и точности передачи сигнала, по уровню устойчивости к помехам и, чаще всего, по стоимости в пересчете на канал.

Изоляционный барьер цифровых изоляторов изготавливается по различным технологиям. Небезызвестная компания Analog Devices в цифровых изоляторах ADUM в качестве барьера использует импульсный трансформатор. Внутри корпуса микросхемы расположено два кристалла и, выполненный отдельно на поллимидной пленке, импульсный трансформатор. Кристалл-передатчик по фронту информационного сигнала формирует два коротких импульса, а по спаду информационного сигнала — один импульс. Импульсный трансформатор позволяет с небольшой задержкой получить на кристалле-передатчике импульсы по которым выполняется обратное преобразование.

Гораздо более высокий уровень устойчивости к помехам обеспечивается в микросхемах, где изоляционный барьер реализуется на емкостях. Использование конденсаторов позволяет исключить связь по постоянному току между приемником и передатчиком, что в сигнальных цепях это эквивалентно гальванической развязке.

Если последнее предложение вас взбудоражило.. Если вы почувствовали жгучее желание закричать что гальванической развязки на конденсаторах быть не может, то рекомендую посетить треды вроде этого. Когда ваша ярость утихнет, обратите внимание что все эти споры датируются 2006 годом. Туда, как и в 2007, мы, как известно, не вернемся. А изоляторы с емкостным барьером давно производятся, используются и отлично работают.

Преимущества емкостной развязки заключаются в высокой энергетической эффективности, малых габаритах и устойчивости к внешним магнитным полям. Это позволяет создавать недорогие интегральные изоляторы с высокими показателями надежности. Они выпускаются двумя компаниями — Texas Instruments и Silicon Labs. Эти фирмы используют различные технологии создания канала, однако в обоих случаях в качестве диэлектрика используется диоксид кремния. Этот материал имеет высокую электрическую прочность и уже несколько десятилетий используется при производстве микросхем. Как следствие, SiO2 легко интегрируется в кристалл, причем для обеспечения напряжения изоляции величиной в несколько киловольт достаточно слоя диэлектрика толщиной в несколько микрометров.На одном (у Texas Instruments) или на обоих (у Silicon Labs) кристаллах, которые находятся в корпусе цифрового изолятора, расположены площадки-конденсаторы. Кристаллы соединяются через эти площадки, таким образом информационный сигнал проходит от приемника к передатчику через изоляционный барьер.Хотя Texas Instruments и Silicon Labs используют очень похожие технологии интеграции емкостного барьера на кристалл, они используют совершенно разные принципы передачи информационного сигнала.

Каждый изолированный канал у Texas Instruments представляет собой относительно сложную схему.

Рассмотрим её «нижнюю половину». Информационный сигнал подается на RC-цепочки, с которых снимаются короткие импульсы по фронту и спаду входного сигнала, по этим импульсам сигнал восстанавливается. Такой способ прохождения емкостного барьера не подходит для медленноменяющихся (низкочастотных) сигналов. Производитель решает эту проблему дублированием каналов — «нижняя половина» схемы является высокочастотным каналом и предназначается для сигналов от 100 Кбит/сек. Сигналы с частотой ниже 100 Кбит/сек обрабатываются на «верхней половине» схемы. Входной сигнал подвергается предварительной ШИМ-модуляции с большой тактовой частотой, модулированный сигнал подается на изоляционный барьер, по импульсам с RC-цепочек сигнал восстанавливается и в дальнейшем демодулируется. Схема принятия решения на выходе изолированного канала «решает» с какой «половины» следует подавать сигнал на выход микросхемы.

Дифференциальная передача также используется в цифровых изоляторах от Silicon Labs. Эти микросхемы имеют более простую и надежную структуру. Для прохождения через емкостный барьер входной сигнал подвергается высокочастотной OOK (On-Off Keyring) модуляции. Другими словами, «единица» информационного сигнала кодируется наличием высокочастотного сигнала, а «ноль» — отсутствием высокочастотного сигнала. Модулированный сигнал проходит без искажений через пару емкостей и восстанавливается на стороне передатчика.

От других цепей в одном устройстве называется гальваническая развязка или изоляция. С помощью такой изоляции осуществляется передача сигнала или энергии от одной электрической цепи к другой, без прямого контакта между цепями.

Принцип действия

Чтобы понять принцип работы гальванической развязки, рассмотрим, как это реализуется в конструкции .

Виды

Такая изоляция электрических цепей обеспечивается различными методами с применением всевозможных электронных элементов и деталей. Например, конденсаторы и оптроны способны осуществлять передачу электрических сигналов без непосредственного контакта. Участки цепи взаимодействуют через световой поток, магнитное или электростатическое поле. Рассмотрим основные виды гальванической изоляции.

Индуктивная развязка

Для построения трансформаторной (индуктивной) развязки необходимо применить магнитоиндукционный элемент, который называется . Он может быть как с сердечником, так и без него.

При этом напряжение на выходе, которое имеется на вторичной обмотке трансформатора, будет напрямую зависеть от напряжения на входе устройства. При таком методе индуктивной развязки существует ряд серьезных недостатков:

Значительные габаритные размеры, не позволяющие изготовить компактное устройство.
Частотная модуляция гальванической развязки ограничивает частоту пропускания.
На качество выходного сигнала влияют помехи несущего входного сигнала.
Действие трансформаторной развязки возможно только при переменном напряжении.

Оптоэлектронная развязка

Развитие электронных и информационных технологий в настоящее время повышает возможности проектирования развязки с помощью оптоэлектронных узлов. Основу таких узлов развязки составляют оптроны (оптопары), которые выполнены на основе , и других компонентов, чувствительных к свету.

Принцип действия оптрона довольно простой. От выходит световой поток и направляется на , который воспринимает его и осуществляет дальнейшую работу в соответствии с этим световым сигналом.

Диодная оптопара

При необходимости передачи сигнала источник подает на светодиод питание, в результате чего излучается свет, попадающий на . Под действием света фотодиод открывается и пропускает через себя ток.

Транзисторная оптопара

Управляющие токи для транзисторной пары выше выходного тока диодной пары. Транзисторные оптроны можно применять разными способами:

Без вывода базы.
С выводом базы.

Такая гальваническая развязка обладает некоторыми преимуществами:

Широкий интервал напряжений развязки (до 0,5 кВ). Это играет большую роль в проектировании систем ввода информации.
Гальваническая развязка может функционировать с высокой частотой, достигающей нескольких десятков МГц.
Компоненты схемы такой развязки имеют незначительные габаритные размеры.

Гальваническая развязка на основе эффекта Холла Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 681.2.001.63

И.И. Крайцер, С. С. Алексеенко

Омский государственный технический университет, г. Омск

ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ РАЗВЯЗКА НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ХОЛЛА

При построении измерительных систем цифровой обработки сигналов для сбора и обработки данных, контроля и управления, особенно связанных с функционированием в производственных условиях, разработчикам приходится сталкиваться с необходимостью обеспечения гальванической развязки измерительных цепей, цепей ввода/вывода данных, с одной стороны, и цепей персонального компьютера, а также цепей цифровой обработки сигналов, с другой. В настоящее время наиболее широкое распространение получили схемы, использующие два варианта гальванической развязки — трансформаторной и оптоэлектронной.

Рис. 1. Трансформаторная(а) и оптическая(б) гальванические развязки

Гальваническая развязка трансформаторного типа (рисунок 1, а) предполагает использование магнитоиндукционного элемента с сердечником или без него, напряжение Цвых на вторичной обмотке которого пропорционально напряжению Цвх на входе устройства. При применении трансформаторной гальванической развязки необходимо учитывать следующие её недостатки: несущий сигнал может создавать помехи, влияющие на выходной сигнал развязки; полоса пропускания ограничена частотой модуляции развязки; сравнительно большие габаритные размеры компонентов, реализующих развязку.

Гальванические развязки оптоэлектронного (рисунок 1, б) типа строятся на оптронах. Оптрон представляет собой прибор, состоящий из излучателя и приёмника, светодиода и фототранзистора или фотодиода. Недостатком оптопар является их нелинейность. Ток, протекающий по светодиоду, имеет квадратичную зависимость от приложенного напряжения. Ещё одним недостатком оптронов является их относительно не высокая рабочая частота.

Гальваническая развязка на эффекте Холла состоит из двух основных частей: специальный электромагнит и датчик Холла. Эффект Холла — явление возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также холловским напряжением) при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле.

Выражается эффект Холла следующей формулой:

в, = —}В.

пе.

где Е — возникающая ЭДС, п — концентрация зарядов, ] — плотность тока, В — магнитное поле. Из этой формулы следует, что необходимо создавать довольно сильное магнитное поле и использовать специальные материалы для датчика Холла. Эффективнее использовать более чувствительные датчики. В экспериментах применялись полупроводниковые датчики типа АН359 и ДХК-0,5. При применении полупроводниковых датчиков нет необходимости в соз-

327

дании мощных магнитных полей. Чувствительность датчика ДХК-0,5 составляет 260мВ/Тл. Датчик Холла с такой чувствительностью реагирует даже на слабые магнитные поля, это создаёт помехи и вносит погрешности. Для защиты от внешних магнитных полей используется экранирование рабочей зоны и размещение датчика таким образом чтобы влияние внешних полей оказалось минимальным.

Магнитное поле, воздействующее на датчик, создаётся электромагнитом специальной конструкции, за счёт этого достигается максимальный КПД и снижаются шумы от электромагнита. При помощи электромагнита можно создавать как положительное, по направлению, магнитное поле так и отрицательное. Это свойство позволяет передавать сигналы изменяющиеся, от отрицательного значения до положительно, без каких либо преобразований.

Рис. 2. Структурная схема гальванической развязки на эффекте Холла

На схеме: М- модулятор, Эм — электромагнит, ДХ — датчик холла, Ус — усилитель, Цвх — входное напряжение, и — напряжение питания электромагнита, В — магнитное поле, Цвых -выходное напряжение.

Достоинствами данной гальванической развязки является линейная зависимость между входным и выходным сигналом, высокое напряжение пробоя, широкий частотный диапазон, низкая стоимость по сравнению с аналогичными гальваническими развязками. Высокая линейность позволяет передавать постоянные, медленно меняющиеся во времени и не периодические сигналы. К недостаткам можно отнести габаритные размеры и высокая потребляемая мощность, около 10 ватт. Области применения данной гальванической развязки — измерительная техника и передача данных.

Библиографический список

1. Гальванические развязки / ред. совет В. Н. Челобей [и др.]. — М. : Проспект. 1999.

Изолирующие трансформаторы

обеспечивают гальваническую развязку

Традиционная однофазная силовая проводка состоит из горячего провода, нейтрального провода и заземляющего провода. Когда несколько физически разделенных устройств используют общую линию питания, возможно создание контуров заземления из-за устройств, имеющих разные потенциалы заземления. Эти контуры заземления особенно проблематичны в медицинских устройствах и могут создавать проблемы во время тестирования устройства. Разработчикам сложно измерить контуры заземления с помощью устройств, использующих выпрямленное линейное напряжение.Заземленное испытательное оборудование, такое как осциллографы, может случайно вызвать короткое замыкание в источниках питания в этих устройствах. Кроме того, высокочастотный шум может распространяться по линиям питания переменного тока, вызывая проблемы для чувствительных датчиков и инструментов.

Всех этих проблем можно избежать, правильно применив изолирующие трансформаторы между вводом питания и устройством.

Изолирующие трансформаторы

обеспечивают разделение с заземлением линии электропередачи для устранения контуров заземления и случайного заземления испытательного оборудования.Они также подавляют высокочастотный шум от источника питания.

В этой статье обсуждаются характеристики, критерии выбора и применение изолирующих трансформаторов на примерах устройств от Hammond Manufacturing, Bel / Signal Transformer и Triad Magnetics.

Как работают изолирующие трансформаторы

Изолирующие трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку между линиями питания переменного тока (сетью) и устройством с питанием. Это означает, что между двумя обмотками нет пути постоянного тока.Они служат трем основным целям:

Первый изолирует вторичную обмотку от земли (земли)
Второй — для повышения или понижения линейного (сетевого) напряжения
Третий — уменьшить линейный шум, передаваемый от первичного к вторичному или наоборот.

Изолирующие трансформаторы — это прежде всего трансформаторы, и они имеют общие характеристики трансформаторов (рис. 1). Первичная и вторичная обмотки намотаны на общий ферромагнитный сердечник.

Рисунок 1: Схема простого силового трансформатора, состоящего из первичной обмотки N _P витков и вторичной обмотки N _S на общем ферромагнитном сердечнике. (Источник изображения: Digi-Key Electronics)

На рисунке первичная обмотка имеет N _P витков, намотанных вокруг сердечника, а вторичная обмотка имеет N _S витков. Соотношение между первичным (V _P) и вторичным напряжением (V _S) показано в уравнении 1:

Уравнение 1

Если на первичной обмотке больше витков, чем на вторичной, то напряжение на вторичной обмотке будет меньше, чем на первичной.Это понижающая конфигурация. Если количество витков на первичной обмотке меньше числа витков на вторичной, то вторичное напряжение будет выше, чем на первичной, что приведет к повышающей конфигурации. Большинство изолирующих трансформаторов имеют одинаковое количество витков первичной и вторичной обмоток, поэтому первичные и вторичные напряжения одинаковы.

Энергия сохраняется в трансформаторах, поэтому, если не учитывать потери, произведение V _P и первичного тока (I _P) будет равно произведению V _S и вторичного тока (I _S). .Трансформаторы рассчитываются как произведение действующего напряжения первичной обмотки на действующее значение первичного тока. Это «полная мощность», измеряемая в вольт-амперах или ВА.

Точки на схеме — это точки фазирования, которые показывают направления первичного и вторичного тока. Ток, протекающий в первичной точечной стороне обмотки, приводит к вторичному току, выходящему из точечной стороны обмотки, как показано на схеме. Это важно, если обмотки должны быть размещены последовательно или параллельно.Несоблюдение фазировки обмотки может привести к ошибкам.

Экран Фарадея — это электростатический экран, который уменьшает емкость между первичной и вторичной обмотками и обычно заземляется. Экран снижает амплитуду синфазного шума и переходных процессов через трансформатор.

Первичная и вторичная обмотки изолирующего трансформатора хорошо изолированы, чтобы минимизировать прямую проводимость между ними. Мерой эффективности этой изоляции является ток утечки.Большинство изолирующих трансформаторов также проверяются с помощью тестеров с высоким потенциалом или высокого напряжения. Они подают высокое напряжение на изоляцию при проверке утечки тока.

Физическая структура изолирующего трансформатора может иметь несколько форм, включая структуру типа оболочки (рисунок 2). Здесь первичная и вторичная обмотки концентрически намотаны изолирующим слоем, а экран Фарадея вставлен между двумя слоями.

Рис. 2: Разрез изолирующего трансформатора, использующего конструкцию оболочки, в которой первичная и вторичная обмотки концентрически намотаны изолирующим слоем, а экран Фарадея вставлен между двумя слоями.(Источник изображения Digi-Key Electronics)

Экран Фарадея может быть выполнен в виде слоя фольги или в виде близкорасположенной обмотки, как показано. Заземление обычно осуществляется со стороны первичной обмотки, на заземление. Поскольку в первичной и вторичной обмотках уже используется эмалированный провод, такая конструкция называется «с двойной изоляцией».

В качестве альтернативы, обмотки могут быть размещены на сердечнике рядом друг с другом, что называется конструкцией «разъемной бобины», или намотаны на тороидальный сердечник.

Коммерческие разделительные трансформаторы

Изолирующие трансформаторы могут быть распределены с открытыми рамками или могут быть заключены в экранированную конструкцию (рисунок 3).Изолирующий трансформатор 171E производства Hammond Manufacturing имеет экранированный корпус. Экраны торцевых крышек содержат магнитное поле трансформатора, а также служат для минимизации наводок от полей, внешних по отношению к трансформатору. Этот трансформатор на 500 ВА, 1: 1 также включает в себя пигтейл, NEMA, трехпроводные заземленные входные и выходные разъемы и встроенный автоматический выключатель перегрузки.

Хотя заземление подключено к вторичному выходному разъему, оно не будет использоваться в большинстве приложений с изолирующими трансформаторами.Этот трансформатор имеет ток утечки менее 60 микроампер (мкА) между первичной и вторичной обмотками при номинальном входном напряжении.

Рисунок 3: Пример изолирующего трансформатора с экраном, закрывающим торцевые крышки трансформатора. (Источник изображения: Hammond Manufacturing)

DU1 / 4 от Bel / Signal Transformer — это изолирующий трансформатор на 250 ВА, в котором используется конструкция с открытой рамой и двойным набором многоотводных обмоток. Имеются две первичные и две вторичные обмотки (рисунок 4).

Рис. 4: Сигнальный трансформатор / сигнальный трансформатор DU1 / 4 — это изолирующий трансформатор с открытой рамой и двойным набором ответвлений первичной и вторичной обмоток. (Источник изображения: Bel / Signal Transformer)

Первичная и вторичная обмотки одинаково рассчитаны на 0, 104, 110 и 120 вольт. Это разрешает последовательное или параллельное соединение первичной или вторичной обмотки. Следовательно, номинальное соотношение 1: 1 может поддерживаться для входов либо 110, либо 220 вольт. Также можно настроить повышающий трансформатор с 110 вольт до 220 вольт или понижающий трансформатор с 220 вольт до 110 вольт.Кроме того, многоотводные обмотки допускают промежуточные значения напряжения, такие как 208 вольт, 214 вольт или 230 вольт (рисунок 5).

Силовые соединения для этого трансформатора осуществляются с помощью винтовых зажимов.

Рисунок 5: Двойная обмотка DU1 / 4 допускает множество возможных конфигураций проводки, включая соотношение напряжений 1: 1, 2: 1, 1: 2. (Источник изображения: Digi-Key Electronics)

Если первичная и вторичная обмотки соединены последовательно, трансформатор имеет соотношение напряжений 1: 1 для входного напряжения 220 В.Если первичная и вторичная обмотки соединены параллельно, то в результате будет получено соотношение напряжений 1: 1 для 110 вольт с удвоенным доступным током по сравнению с одиночной обмоткой. Если первичные обмотки размещены последовательно, а вторичные — параллельно, первичное напряжение понижается в два раза. Если вторичная обмотка подключена последовательно, а первичная — параллельно, то реализуется повышение 2: 1.

Изоляция медицинская

Изолирующие трансформаторы, предназначенные для медицинского применения, должны соответствовать более строгим требованиям в отношении токов утечки.Существуют требования к максимальному току утечки для утечки на землю или на землю, утечки через корпус и утечки через пациента. Утечка на землю относится к токам утечки в заземляющем проводе устройства. Токи оболочки описывают токи, которые текут от открытой проводящей поверхности к земле через проводник, отличный от заземляющего провода. Утечка через пациента — это ток, который протекает через пациента на землю при нормальном подключении к устройству. Большинство устройств этой категории сертифицированы в соответствии с UL / IEC 60601-1.

Модель MD-500-U компании

Triad Magnetics — изолирующий трансформатор на 500 ВА, предназначенный для использования в медицине (рис. 6).Этот трансформатор сертифицирован лабораторией Underwriters Laboratories (UL) в соответствии со спецификацией UL 60601-2 и имеет ток утечки обычно 10 мкА и не более 50 мкА.

Рис. 6. MD-500-U — изолирующий трансформатор на 500 ВА, предназначенный для медицинского применения. Он имеет ток утечки 10 мкА (типичный) и использует тороидальный трансформатор, чтобы сохранить его компактность и минимизировать поля рассеяния. (Источник изображения: Triad Magnetics)

В MD-500-U используется тороидальный трансформатор, который сводит к минимуму паразитные поля и максимизирует эффективность при минимальном размере.Как и большинство автономных медицинских трансформаторов, он надежно заключен в стальной корпус со встроенными предохранителями и термовыключателем.

Типичное применение изолирующего трансформатора

Чаще всего изолирующий трансформатор применяется для изоляции устройства от заземления линии переменного тока. В качестве примера того, почему это может быть необходимо, рассмотрим импульсный источник питания (SMPS). Типичный SMPS с питанием от сети вызывает несколько проблем, связанных с безопасностью (рисунок 7).

Рисунок 7: Схема SMPS, показывающая участки цепи, которые имеют заземление, и те, которые нет.(Источник изображения: Digi-Key Electronics)

Это источник питания от сети с обратноходовой топологией. Первичная сторона схемы, показанная желтым цветом, двухполупериодная выпрямляет линейный (сетевой) вход и подает его на первичные шины. Это означает, что уровни напряжения, возникающие между шинами высокого и низкого напряжения, составляют около 170 вольт для линии на 120 вольт и около 340 вольт для линии на 240 вольт. Это выпрямленное линейное напряжение сохраняется в первичном накопительном конденсаторе C2.

Обратите внимание, что первичная и вторичная части источника питания электрически изолированы обратным трансформатором L2 и оптически изолированным ответвителем Q4. В то время как вторичная часть подключена к заземлению на отрицательной (-) выходной клемме, первичная часть не заземлена. Это состояние становится проблематичным при использовании заземленных входных инструментов, таких как осциллографы, для поиска и устранения неисправностей. Подключение заземления пробника осциллографа к компонентам на первичной стороне источника питания может привести к короткому замыканию с сопутствующим повреждением первичных компонентов, а также осциллографа.

Низкая первичная шина в источнике питания подключена к нейтрали линии переменного тока. Хотя нейтральная линия соединена с землей на служебном входе, к тому времени, когда она достигнет входа SMPS, она может оказаться на несколько вольт над землей, что делает ее небезопасной точкой соединения для заземления зонда осциллографа.

Назначение изолирующего трансформатора — электрически изолировать первичную часть ИИП. После изоляции можно подключить заземляющую сторону зонда в любом месте первичной цепи.Это помещает точку заземления в любую точку, к которой подключен заземляющий зажим, что исключает возможность короткого замыкания первичной обмотки.

Та же самая способность изоляции заземления делает изолирующие трансформаторы полезными при диагностике и исправлении контуров заземления, когда несколько устройств, каждое из которых имеет свой собственный обратный путь заземления, соединены вместе.

Трансформатор (ы) позволяет изолировать заземление, чтобы увидеть, какие устройства являются источником тока утечки на землю.

Изолирующие трансформаторы

также уменьшают высокочастотный шум, передаваемый либо от линии к подключенному устройству, либо от устройства обратно в линию.Это связано с последовательной индуктивностью трансформатора и заземленным экраном Фарадея, который уменьшает емкостную связь между трансформатором.

Заключение

Изолирующие устройства, подключенные к его вторичной обмотке, от источника переменного тока на первичной обмотке, изолирующие трансформаторы позволяют переопределить плоскость отсчета на вторичных устройствах. Это также позволяет перенаправлять и контролировать токи утечки. В то же время они минимизируют передачу высокочастотных гармоник и шума.Они очень полезны для тестирования устройств, связанных с питанием.

Заявление об ограничении ответственности: мнения, убеждения и точки зрения, выраженные различными авторами и / или участниками форума на этом веб-сайте, не обязательно отражают мнения, убеждения и точки зрения Digi-Key Electronics или официальную политику Digi-Key Electronics.

Изолирующий трансформатор

| Назначение изолирующего трансформатора

Разделительный трансформатор:

Изолирующие трансформаторы используются для передачи электроэнергии от источника переменного тока к устройству, где запитываемое устройство изолировано от источника питания в целях безопасности.У них нет прямого пути прохождения тока через землю. Обеспечивают гальваническую развязку; Гальваническая развязка — это принцип изоляции функциональных секций электрических систем для предотвращения протекания тока; прямая проводимость не допускается. Между секциями можно по-прежнему обмениваться энергией или информацией с помощью других средств, таких как емкость, индукция или электромагнитные волны, а также оптические, акустические или механические. Однако эти трансформаторы блокируют передачу компонентов постоянного тока в сигналах от одной цепи к другой, позволяя компонентам переменного тока проходить.

Изолирующие трансформаторы — это не что иное, как трансформатор с соотношением 1: 1. Источник питания подключается между первичной обмоткой, а вторичные обмотки используются для защиты от поражения электрическим током между землей и проводниками под напряжением. Они также используются для подавления электрических шумов и используются для питания чувствительных устройств, таких как компьютеры, медицинские приборы и лабораторные инструменты. В таких трансформаторах есть специальная изоляция между первичной и вторичной обмотками, и между обмотками может подаваться высокое напряжение от 1000 до 4000 вольт.

Принцип работы изолирующего трансформатора Ссылка: добросовестное использование http://www.soundonsound.com/sos/nov06/articles/crosstalk_1106.htm
[wp_ad_camp_2]
Теперь вы видите картинку. Когда человек касается токоведущей клеммы источника, ток утечки протекает через человеческое тело на землю, и человек получает электрический ток, потому что одна клемма уже подключена к земле.

См. Также:

Теперь вы видите второе изображение: источник питания подключен через изолирующий трансформатор.Теперь тот же человек касается вторичной клеммы изолирующего трансформатора, значит, он не получает удара током. Поскольку обычно нет пути для протекания тока утечки, заземление полностью удалено.

Примечание: На рисунке ни одна из вторичных клемм не подключена к точке заземления.

Теперь вы видите третье изображение: на схеме обратный путь показан либо как емкостный, либо как прямой. Если связь емкостная, вы можете почувствовать «щекотание» или легкий «укус» токоведущего проводника.Если другой проводник заземлен, вы вернетесь к исходной ситуации без трансформатора. (Емкостная связь может возникнуть, когда корпус устройства подключен к проводнику, но нет прямого соединения корпуса с землей. Близость корпуса к земле образует конденсатор.

См .: CVT в электрическом емкостном трансформаторе напряжения CVT

Вот почему изолирующий трансформатор следует использовать для защиты только одного элемента оборудования одновременно. С одним элементом неисправность оборудования, вероятно, не приведет к возникновению опасной ситуации.Трансформатор сделал свое дело. Но с количеством оборудования N — если в одном из них произошел отказ от нейтрали к корпусу или он подключен неправильно (нейтраль касается земли), это может перейти в такое же первое состояние, и это представляет опасность для пользователя, даже если вы используете изолирующий трансформатор. (изолирующий трансформатор пришел в негодность).

Если вы работаете с электрическим или электронным ремонтным оборудованием, вам следует использовать изолирующий трансформатор.
[wp_ad_camp_2]

Ключевые точки изолирующего трансформатора:

Изоляционные трансформаторы используются при испытании и обслуживании электроники для обеспечения безопасности, без которых прикосновение к токоведущей части цепи с опасным напряжением может привести к серьезным повреждениям.
Изолирующие трансформаторы используются для питания устройств, не находящихся под потенциалом земли.
Изолирующие трансформаторы облегчают изоляцию питания постоянного тока. В случае телефонных линий, где усилители требуются через различные промежутки времени, именно изолирующие трансформаторы выполняют разделение составляющих постоянного тока из сигнала для управления каждым усилителем на линии.
Изолирующие трансформаторы предотвращают риск поражения электрическим током за счет подключения судна к источнику электроэнергии.Они облегчают отделение человека от ресурса таким образом, что электрические провода не касаются напрямую линии электропередачи.

Видео Объяснение разделительного трансформатора (на английском языке):

См. Также:

Гальваническая развязка — изоляция сигналов и изоляция питания

Средняя бытовая микроволновая печь, работающая при 110/220 В переменного тока, может производить внутри нее до 2800 В, что опасно для жизни. Кроме того, он также имеет более низкое напряжение переменного тока около 3.5 В для зажигания нити накала и регулируемое напряжение постоянного тока, например 5 В / 3,3 В, для работы цифровой электронной части, такой как дисплей или таймеры. Вы когда-нибудь задумывались, что мешает высокому напряжению достигать ваших пальцев через кнопки или корпус, когда вы касаетесь духовки? Ответ на ваш вопрос — «изоляция» . При разработке электронных продуктов, использующих более одного типа сигналов или более одного рабочего напряжения, изоляция используется для предотвращения искажения одного сигнала другим.Он также играет жизненно важную роль в обеспечении безопасности, предотвращая неисправности в изделиях промышленного класса. Эта изоляция обычно обозначается как Гальваническая развязка . Почему термин «гальванический»? Это потому, что гальваника представляет собой ток, возникающий в результате какого-либо химического воздействия, и поскольку мы изолируем этот ток, размыкая контакт проводника, он называется гальванической изоляцией.

Существует несколько типов гальванической развязки , и выбор правильного варианта зависит от типа изоляции, выдерживаемой мощности, требований к применению и, разумеется, от фактора стоимости.В этой статье мы узнаем о различных типах изоляции, о том, как они работают и где их использовать в наших проектах.

Типы гальванической развязки

Изоляция сигналов
Изоляция уровня мощности
Конденсаторы в качестве изолятора

Изоляция сигналов

Изоляция уровня сигнала требуется, когда две цепи разной природы обмениваются данными друг с другом, используя какой-либо тип сигнала.Например, две схемы, использующие независимый источник питания и работающие на разных уровнях напряжения. В таких случаях для изоляции отдельного заземления двух независимых источников питания и для связи между этими двумя цепями требуется изоляция уровня сигнала.

Изоляция сигналов осуществляется с помощью изоляторов разных типов. Оптические и электромагнитные изоляторы в основном используются для изоляции сигналов. Оба этих изолятора защищают различные источники заземления от объединения вместе.Каждый изолятор имеет свой уникальный принцип работы и применение, которые обсуждаются ниже.

1. Оптические изоляторы

Оптический изолятор использует свет для связи между двумя независимыми цепями . Как правило, оптические изоляторы, также известные как оптопара, содержат два компонента внутри одного кремниевого чипа: светоизлучающий диод и фототранзистор. Светодиод управляется одной схемой, а сторона транзистора соединена с другой схемой.Следовательно, светодиод и транзистор электрически не связаны. Связь осуществляется только светом, оптически.

Рассмотрим изображение выше. Популярный оптоизолятор PC817 изолирует две независимые цепи. Цепь 1 — это источник питания с переключателем, цепь 2 — это выход логического уровня, подключенный к другому источнику питания 5 В. Логическое состояние контролируется левой схемой. Когда переключатель замыкается, светодиод внутри оптопары загорается и включает транзистор.Логическое состояние будет изменено с Высокого на Низкое.

Цепь 1 и цепь 2 изолированы с помощью указанной выше цепи. Гальваническая развязка очень полезна для вышеуказанной схемы. Есть несколько ситуаций, когда высокопотенциальный шум заземления индуцируется в низкопотенциальном заземлении и создает контур заземления, который в свою очередь приводит к неточным измерениям. Как и в случае с PC817, существует множество типов оптопар для различных приложений.

2.Изоляторы электромагнитные

Оптоизоляторы используются для изоляции сигналов постоянного тока , но электромагнитные изоляторы, такие как небольшие сигнальные трансформаторы , используются для изоляции сигналов переменного тока . Трансформаторы, такие как аудиотрансформатор, имеют изолированную первичную и вторичную стороны, которые могут использоваться для другой изоляции аудиосигнала . Другое наиболее частое использование — в сетевом оборудовании или в секции Ethernet. Импульсные трансформаторы используются для изоляции внешней проводки с внутренним оборудованием.Даже в телефонных линиях используются трансформаторные изоляторы сигналов. Но, поскольку трансформаторы изолированы электромагнитно, он работает только с переменным током.

На изображении выше представлена внутренняя схема разъема RJ45 со встроенным импульсным трансформатором для изоляции части микроконтроллера от выхода.

Изоляция уровня мощности Изоляция уровня мощности

требуется для изоляции устройств , чувствительных к малой мощности, от линий с высоким уровнем шума или наоборот.Кроме того, изоляция уровня мощности обеспечивает надлежащую безопасность от опасных линейных напряжений , изолируя линии высокого напряжения от оператора и других частей системы.

1. Трансформатор

Популярный изолятор уровня мощности снова является трансформатором. Трансформаторы находят огромное применение, чаще всего они используются для обеспечения низкого напряжения от источника высокого напряжения. Трансформатор не имеет соединений между первичной и вторичной обмотками, но может понижать напряжение с высокого переменного до низкого напряжения без потери гальванической развязки.

На изображении выше показан понижающий трансформатор в действии, где вход первичной стороны подключен к настенной розетке, а вторичный подключен через резистивную нагрузку. Соответствующий изолирующий трансформатор имеет соотношение витков 1: 1 и не изменяет уровень напряжения или тока с обеих сторон. Единственная цель изолирующего трансформатора — обеспечить изоляцию.

2. Реле

Relay — популярный изолятор с огромным применением в области электроники и электротехники.На рынке электроники доступно множество различных типов реле в зависимости от области применения. Популярными типами являются электромагнитные реле и твердотельные реле.

Электромагнитное реле работает с электромагнитными и механически подвижными частями, часто называемыми полюсами. Он содержит электромагнит, который перемещает полюс и замыкает цепь. Реле создает изоляцию, когда цепи высокого напряжения должны управляться от цепи низкого напряжения или наоборот. В такой ситуации обе цепи изолированы, но одна цепь может активировать реле для управления другим.

На изображении выше две схемы электрически независимы друг от друга. Но с помощью переключателя на контуре 1 пользователь может контролировать состояние нагрузки контура 2. Узнайте больше о том, как реле можно использовать в контуре.

Между твердотельным реле и электромеханическим реле не так много разницы в работе. Твердотельные реле работают точно так же, но электромеханическая часть заменена диодом с оптическим управлением.Гальваническую развязку можно создать из-за отсутствия прямого соединения между входом и выходом твердотельных реле.

3. Датчики на эффекте Холла

Излишне говорить, что измерение тока является частью электротехники и электроники. Доступны различные типы методов измерения тока. Часто измерения требуются для цепей высокого напряжения и высокого тока, и считанное значение должно быть отправлено в схему низкого напряжения, которая является частью схемы измерения.Также с точки зрения пользователя инвазивные измерения опасны и невозможны. Датчики на эффекте Холла обеспечивают точное бесконтактное измерение тока и помогают измерять ток, протекающий через проводник, неинвазивным способом. Он обеспечивает надлежащую изоляцию и безопасность от опасного электричества. Датчик эффекта Холла использует электромагнитное поле, генерируемое поперек проводника, для оценки тока, протекающего по нему.

Кольцо с сердечником навешивается на проводник неинвазивным образом и электрически изолировано, как показано на рисунке выше.

Конденсаторы как изолятор

Наименее популярный метод изоляции цепей — использование конденсаторов. Из-за неэффективности и опасных последствий отказов это больше не является предпочтительным, но мы все еще знаем, что это может пригодиться, когда вы хотите построить грубый изолятор. Конденсаторы блокируют постоянный ток и позволяют пропускать высокочастотный сигнал переменного тока. Благодаря этому превосходному свойству конденсатор используется в качестве изоляторов в конструкциях, где необходимо блокировать постоянные токи двух цепей, но при этом обеспечивать передачу данных.

На изображении выше показаны конденсаторы, используемые для изоляции. Передатчик и приемник изолированы, но передача данных возможна.

Гальваническая развязка — Применение

Гальваническая развязка очень важна и область применения огромна. Это важный параметр в потребительских товарах, а также в промышленном, медицинском и коммуникационном секторах. На рынке промышленной электроники гальваническая развязка требуется для систем распределения питания, генераторов энергии, измерительных систем, контроллеров двигателей, логических устройств ввода-вывода и т. Д.

В медицинском секторе изоляция является одним из основных приоритетов оборудования, поскольку медицинские устройства могут быть напрямую связаны с телом пациента. К таким устройствам относятся ЭКГ, эндоскопы, дефибрилляторы, различные устройства воображения. В системах связи на уровне потребителя также используется гальваническая развязка. Одним из распространенных примеров является Ethernet, маршрутизаторы, коммутаторы, телефонные коммутаторы и т. Д. Обычные потребительские товары, такие как зарядные устройства, SMPS, материнские платы компьютеров, являются наиболее распространенными продуктами, в которых используется гальваническая развязка.

Практический пример гальванической развязки

Схема ниже представляет собой типичную схему применения гальванически изолированной полнодуплексной ИС MAX14852 (для скорости связи 500 кбит / с) или MAX14854 (для скорости связи 25 Мбит / с) на линии связи RS-485 с блоком микроконтроллера. ИС производится популярной компанией-производителем полупроводников Maxim Integrated.

Этот пример — один из лучших примеров гальванической развязки промышленного оборудования.RS-485 — широко используемый традиционный протокол связи, используемый в промышленном оборудовании. Популярным использованием RS-485 является использование протокола MODBUS через сегмент TTL.

Предположим, что высоковольтный трансформатор переменного тока предоставляет данные датчиков, которые установлены внутри трансформатора по протоколу RS-485. Для сбора данных с трансформатора необходимо подключить устройство ПЛК с портом RS-485. Но проблема в прямой линии связи. ПЛК использует очень низкий уровень напряжения и очень чувствителен к сильным электростатическим разрядам или скачкам напряжения.Если используется прямое соединение, ПЛК может подвергаться высокому риску и должен быть гальванически изолирован.

Эти микросхемы очень полезны для защиты ПЛК от электростатического разряда или скачков напряжения.

Согласно спецификации, обе ИС имеют выдерживаемую мощность +/- 35 кВ ESD и 2,75 кВ среднеквадратичного значения выдерживаемого напряжения изоляции до 60 секунд. Не только это, но и эти микросхемы также подтверждают рабочее напряжение изоляции 445Vrms, что делает его подходящим изолятором для использования в оборудовании промышленной автоматизации.

Изолирующий трансформатор

| Electrical4U

Трансформаторы — это электромагнитные устройства, которые преобразуют электрическую энергию переменного тока (AC) из первичной во вторичную сторону.Энергия преобразуется с одинаковой частотой и примерно одинаковой мощностью посредством магнитного поля сердечника трансформатора. Таким образом, они обеспечивают гальваническую развязку в электрической системе. Изолирующие трансформаторы , , , работают так же, как и другие типы трансформаторов. Но главная задача — обеспечить гальваническую развязку в электросети. Они могут работать как повышающие трансформаторы или понижающие трансформаторы, но часто работают с передаточным числом. Это означает, что значения первичного и вторичного напряжения равны.Это достигается при одинаковом количестве витков на первичной и вторичной обмотках.

Изолирующие трансформаторы используются во многих электрических устройствах, таких как компьютеры, измерительные устройства или специальные промышленные силовые электронные устройства.

Очень важно использовать изолирующие трансформаторы, когда осциллограф измеряет сигналы в электрической цепи, которая гальванически не изолирована от сети. Потому что токовая цепь может быть замкнута (короткозамкнута) между общей точкой осциллографа и заземлением.Основное назначение изолирующего трансформатора — это безопасность и защита электронных компонентов и людей от поражения электрическим током. Он физически отделяет источник питания от первичной стороны и цепи вторичной стороны, подключенной к электронным компонентам и заземленным металлическим частям, которые контактируют с человеком. Обычно вторичная обмотка трансформатора изолирована от заземления.

Это означает, что вторичная обмотка изолирующего трансформатора не должна быть заземлена. Это создаст физическое соединение между первичной и вторичной сторонами трансформатора.Автотрансформатор с общей обмоткой не может использоваться в качестве изолирующего трансформатора , потому что он имеет соединение между первичной и вторичной сторонами. Изолирующий трансформатор обеспечивает доступное питание даже в случае поломки устройства. Первичная сторона остается под напряжением, которое может использоваться для питания некоторых цепей сигналов тревоги или предупреждающих сигналов, когда устройство выходит из строя.
Трансформаторы подавляют электрические помехи от источника питания или электромагнитной индукции. Это очень важно в случае чувствительных устройств, таких как измерительные или медицинские устройства.Этот трансформатор имеет электростатические экраны, которые дополнительно повышают уровень подавления электрических шумов. Правильная конструкция изолирующего трансформатора позволяет избежать контуров заземления. Контуры заземления создают дополнительный путь тока, по которому может течь ток, создаваемый электромагнитной индукцией. Это основная причина шума и помех в сигнале.

При проектировании изолирующего трансформатора очень важно обращать внимание на значения емкости обмоток, которые создают емкостную связь.Это позволяет сигналу переменного тока проходить от первичной к вторичной стороне, что значительно увеличивает уровень шума. Для этого обмотки окружены заземленной металлической полосой (создающей экран Фарадея).
Изолирующие трансформаторы используются в качестве измерительных трансформаторов, когда необходимо измерять высокое напряжение. Высокое напряжение опасно для человека, пытающегося измерить высокое напряжение, но оно также может повредить измерительные цепи. В этом случае понижающий изолирующий трансформатор используется для понижения высокого напряжения до безопасного уровня и диапазона измерения.

Применение изолирующего трансформатора

Существует также несколько специальных разделительных трансформаторов , таких как импульсные трансформаторы, которые передают прямоугольные импульсные сигналы и обеспечивают гальваническую развязку. Этот тип подходит для некоторых проектов компьютерных сетей.

Изолирующие трансформаторы

Elliott Sound Products

Изолирующие трансформаторы

Основной индекс Указатель статей

Содержание

Введение

Прежде чем начать, я должен отметить, что наиболее распространенные трансформаторы обеспечивают изоляцию.Трансформатор, используемый для усилителя мощности или предусилителя, будет всегда обеспечивать гальваническую развязку между опасным напряжением (сетью) и более низкими напряжениями, необходимыми для большинства схем. Гальваническая развязка просто означает, что нет электрического соединения между сетевой и вторичной обмотками, а передача энергии обеспечивается магнитным полем. Другие формы гальванической развязки включают оптопары, импульсные (малые, высокочастотные) трансформаторы и емкостные ответвители (с использованием очень низкой емкости очень ).Хотя они обеспечивают изоляцию, они не являются предметом данной статьи. Все продукты для гальванической развязки покажут обрыв цепи между сетью и вторичной обмоткой (или входом и выходом) при измерении омметром или тестером изоляции.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. Информация в данном документе описывает схемы, которые не изолированы от сети, и никогда не должны использоваться как само собой разумеющееся. Все электрические цепи должны работать при полном сетевом потенциале и должны быть соответствующим образом изолированы.Никакая часть изолированной цепи не должна считаться «безопасной», когда контрольная точка заземлена. через щуп осциллографа или другое заземленное соединение. Не работайте с подключенной схемой во время подачи питания, если вы не знаете точно , что вы делаете, как смерть или серьезное нарушение это может привести к травмам. Использование изолирующего трансформатора , а не делает схему безопасной, это позволяет вам делать соединения, которые в противном случае были бы смертельными (для вас или вашего тестового оборудования!).

Эта статья основана на использовании сетевого трансформатора 1: 1 (120 В или 230 В), используемого для изоляции входа сети, поэтому на вторичной стороне нет нейтрального (заземленного) проводника.Они обычно используются в качестве «меры безопасности», но, как описано здесь, это часто неуместно и может быть опасно. Многие люди давно считают, что использование разделительного трансформатора на испытательном стенде является хорошей мерой безопасности и каким-то образом защитит техников от повреждений. На самом деле для большинства продуктов это неверно. Если вы всегда используете изолирующий трансформатор, он может пропустить опасно неисправное оборудование незамеченным.

Бывают случаи, когда изолирующий трансформатор абсолютно необходим.Это все еще очень распространено, и работа с цепями, подключенными напрямую к электросети, опасна. Изолирующий трансформатор необходим, если вам нужно работать с электроникой. В «старые» времена, когда было популярно оборудование так называемого «горячего шасси» (его было дешевле построить), вы не могли работать с редуктором без изолирующего трансформатора. Эти продукты были распространены, особенно в США, но также и в Австралии и других странах. Скорее всего, у телевизоров было горячее шасси, но были и радиоприемники, которые использовали эту технику.

Идея заключалась в том, чтобы отказаться от тяжелого и дорогостоящего сетевого трансформатора и использовать все компоненты от выпрямленной сети. Нагреватели клапанов работали последовательно, и был полный диапазон клапанов, которые имели сильно различающиеся напряжения нагревателя, но все они потребляли один и тот же ток , поэтому их можно было запускать последовательно.

Наиболее распространенным требованием сейчас являются импульсные блоки питания, но большинство из них не предназначены для ремонта. Для тех, что может быть отремонтирован, вам определенно понадобится изолирующий трансформатор, но его следует оставить отключенным и отключенным от цепи для любого другого оборудования, на котором вы работаете.Хотя многие люди думают, что изолированные сети «безопаснее», это иллюзия (и опасная!).

Самый безопасный способ запитать оборудование, работающее от сети (но если вам не нужно работать от сети), — это от обычной сети через предохранительный выключатель. У них много названий, таких как реле баланса сердечника, УЗО (устройство защитного отключения), автоматический выключатель утечки на землю (ELCB), прерыватель замыкания на землю (цепь) или просто старый «предохранительный выключатель». Полное объяснение того, как это работает, выходит за рамки данной статьи, но его легко найти в Интернете с помощью веб-поиска.Ниже приводится краткое и упрощенное описание. Обратите внимание, что я, конечно же, буду использовать термин «предохранительный выключатель».

Конечно, бывают ситуации, когда использование изолирующего трансформатора является важным, и одно из них является неожиданным — испытание переносных предохранительных выключателей. Вы можете обнаружить, что когда вы пытаетесь проверить переносное УЗО, основное УЗО на распределительном щите работает либо вместо того, либо вместе с тестируемым. Способ решить эту проблему — использовать изолирующий трансформатор, но с разводкой таким образом, чтобы он создавал «новую» нейтраль и заземление, которое видит проверяемое УЗО, но не УЗО, которое защищает используемую розетку.Это специализированное приложение, но при необходимости его легко сделать.

1 — Изолирующие трансформаторы
Примечание: Термины «земля» и «земля» являются синонимами — в Австралии и многих других странах мы используем термин «земля» для обозначения «земля», но в США (и некоторых других регионах) термин « земля »используется (почти) исключительно. Нет причин для путаницы, поскольку эти два термина означают одно и то же в контексте, используемом в этой статье.
Для работы с приемниками горячего шасси необходимо использовать изолирующий трансформатор 1: 1.Без него невозможно использовать осциллограф, а простое прикосновение к корпусу может привести к летальному исходу. Эти продукты с «горячим шасси» почти исчезли из мейнстрима, но многие предметы винтажного снаряжения все еще реставрируются любителями по всему миру. Теперь у нас есть SMPS (импульсные блоки питания). Они (в основном) решают проблему изоляции на вторичной стороне, но, конечно, сама первичная цепь SMPS находится под напряжением сети. Кроме того, имейте в виду, что некоторые источники питания для светодиодного освещения изолированы на , а не на , поэтому все находятся под напряжением сети! Это означает, что прикосновение к проводке к светодиодной панели может быть опасным, но, к счастью, такие осветительные приборы, как правило, полностью закрыты, чтобы предотвратить контакт.
Если вы обслуживаете импульсный источник питания или другие изделия с питанием от сети (бестрансформаторные), такие как светодиодные осветительные приборы или диммеры, то вам понадобится изолирующий трансформатор по тем же причинам, что и для оборудования горячего шасси. Однако большинство из них не подлежат ремонту, так как они плотно забиты деталями для поверхностного монтажа, и, как правило, у вас практически нет шансов получить схему. В большинстве случаев обслуживание заключается в полной замене. Вы можете искать выпуклые электролитические конденсаторы, сгоревшие транзисторы или микросхемы и / или дорожки, сдутые с платы.Нередко есть все три, и если вы не очень изобретательны, блок питания / диммер (и т. Д.) Будет списан. В некоторых случаях замены неисправных колпачков или перегоревшего MOSFET может быть достаточно, чтобы он снова заработал (если вам повезет).
Для дополнительной безопасности по возможности используйте Variac с изолирующим трансформатором. Многие импульсные источники питания рассчитаны на работу от 90 до 260 В, поэтому использование самого низкого напряжения для работы ИИП означает, что некоторые из напряжений, которым вы подвергаетесь, будут ниже и имеют меньший фактор риска.Конечно, это не всегда работает — некоторые ИИП работают только в ограниченном диапазоне напряжений. Другие вырабатывают 400 В постоянного тока или более перед переключением на трансформатор (активная коррекция коэффициента мощности), и напряжение остается неизменным независимо от входного напряжения в пределах рабочего диапазона.
Для любого другого типа обслуживания (где источник питания работает, а другие части цепи — нет) вам никогда не следует даже думать об использовании изолирующего трансформатора. Ошибочно полагают, что использование одного из них в какой-то мере «безопаснее», но это утверждение просто ложно.Большинство мастерских и домов оборудованы предохранительными выключателями, и если на вашем рабочем месте их нет, выйдите и купите один, чтобы обезопасить себя. Желательно прямо сейчас!
С предохранительным выключателем, если вы соприкасаетесь с токоведущими частями, он срабатывает и отключает питание, прежде чем вы погибнете. Они полагаются на тот факт, что ток обычно течет между активным (линией) и нейтралью, и ток в каждом проводе всегда должен быть одинаковым. Если вы контактируете с токоведущей частью цепи, через и протекает ток через землю / землю.Это разбалансирует ток (поэтому ток в активном и нейтральном проводниках различается), переключатель обнаруживает дисбаланс и отключает питание.
Идея изолирующего трансформатора заключается в том, что вы можете прикоснуться к любой части цепи ONE и не пострадать, но если вы коснетесь более чем одной точки, вы можете получить удар электрическим током. Защитный выключатель не сработает, что бы с вами ни происходило — вы можете часами умереть, не отключив питание. Если вы думаете, что это неприятная мысль, вы, вероятно, правы.
Без изоляции вы всегда точно знаете, что опасно. Совершенно очевидно, что нельзя касаться ничего, что находится под напряжением сети, и разумный техник будет относиться к нейтрали как к проводнику под напряжением. Вот как это трактуется в правилах электромонтажа по всему миру. После отключения электросети все «безопасно», пока это не произойдет. Это не так глупо, как может показаться сначала — любое соединение, которое вы выполняете с испытательным оборудованием (осциллографом, генератором сигналов и т. Д.), Делает всем, кроме точки заземления .Не всегда будет очевидно, каких частей можно дотронуться, а каких — нет.

Рисунок 1 — Сеть с разделительным трансформатором и без него
На чертеже очевидно, что обычная сеть предоставляет вам активный (под напряжением) провод, нейтральный провод, который (номинально) имеет потенциал земли, и защитное заземление, которое подключается к шасси и / или открытым металлическим поверхностям. Нейтраль может быть заземлена на распределительном щите (система MEN) или на распределительном трансформаторе. Во всех странах где-нибудь заземляют нейтральный проводник, и редко бывает измерять больше пары вольт между нейтралью и землей / землей.
Единственный раз, когда вы получите удар электрическим током, это если вы коснетесь токоведущего проводника — все остальное «безопасно». В этом случае сработает предохранительный выключатель, который убережет вас от дальнейших повреждений. С трансформатором у вас теперь есть два «живых» проводника. Прикосновение к любому из них не причинит вреда, но если вы столкнетесь с обоими, у вас будут проблемы. Если в оборудовании есть неисправность сети (один или другой сетевой шнур закорочен или иным образом подключен к шасси через емкость или сопротивление — показано пунктирными линиями), вы не узнаете об этом, пока не коснетесь не того предмета.Проблема в том, что вы даже не знаете, , что есть «не то» или где он прячется.
В тот момент, когда вы подключаете пробник осциллографа к «общей» части изолированной схемы, все остальное становится опасным, и если вы прикоснетесь к нему, переменный ток пройдет через вас на землю / землю через осциллограф. Исключительно глупо отключать заземление осциллографа, так как это означает, что сам осциллограф может оказаться под напряжением. Я видел, как это было сделано, и риск чрезвычайно высок для сервисных служб и (что, возможно, более важно) для всех, кто случайно попадает.Когда люди видят металлические ограждения, обычно предполагается, что прикосновение к ним не убьет и не повредит их. Плавающий прицел может легко стать смертельным, и это одна из самых опасных практик, которые я когда-либо видел.
Изолирующий трансформатор , абсолютно , действительно создает ложное ощущение безопасности. Сервисный техник, который регулярно их использует, будет считать, что работать с любой частью цепи совершенно безопасно. В лучшем случае это верно лишь отчасти, но если возникнет неисправность проводки, это может стать серьезной угрозой для вашего долголетия.В большинстве случаев ничего не происходит, но если эта же технология использует чужой рабочий стол, который , а не , оборудованный изолирующей трансмиссией, то он / она подвергается серьезному риску.
Ни при каких обстоятельствах не допускается управление более чем одним прибором через один изолирующий трансформатор. Если у кого-то есть неисправность в электросети, это может легко подвергнуть пользователя большой опасности. Вот почему сеть имеет выделенные активный и нейтральный проводник, при этом нейтральный проводник заземлен либо на распределительном трансформаторе, либо на каждом главном распределительном щите.Последняя используется в Австралии и называется системой «MEN» (множественная нейтраль с заземлением). Изолирующие трансформаторы иногда используются в больничных операционных в целях безопасности, но они оснащены системами мониторинга, которые постоянно проверяют, что полное сопротивление между обоими разъемами и землей остается высоким ^[1]. На испытательных стендах этого нет, поэтому необходима большая осторожность.
Несмотря на то, что некоторые люди предполагают, что они не будут подвергнуты поражению электрическим током при использовании изолирующего трансформатора, это остается вполне возможным.Если вы хотя бы немного небрежны или самоуверенны, то возможное становится вероятным , и несколько неожиданно, когда (не если) это произойдет. Как уже отмечалось, предохранительный выключатель не сработает, когда на пути находится трансформатор. Конечно, вы можете использовать вторичный предохранительный выключатель, но для того, чтобы он работал, он должен иметь заземление / заземление — так же, как и сеть. Это делает его совершенно бессмысленным, потому что вы просто создали точно такую же схему, но с трансформатором между ними.Их у энергокомпании уже предостаточно, и они тоже не помогают.
2 — Становится хуже
То, что многие люди на самом деле не могут распознать, так это того, что если в обслуживаемом оборудовании есть замыкание на землю (например, активная или нейтраль закорочена на шасси), это не будет обнаружено, если используется изолирующий трансформатор. Шасси будет иметь некоторый потенциал, определяемый характером неисправности, но из-за изоляции сервисная служба не увидит ничего неправильного.Вполне возможно, что в результате сервисный техник может получить серьезное поражение электрическим током, потому что шасси (которое считается «безопасным») может находиться под напряжением по отношению к другим схемам, которые обычно безопасны для .
Когда оборудование обслуживается (особенно) нетехническими заказчиками, жизненно важно, чтобы оно проверялось при подключении точно так же, как его использует заказчик. Заказчик не будет использовать изолирующий трансформатор (по крайней мере, в 99,99% случаев), поэтому оборудование не следует тестировать с его помощью.Любое оборудование, которое предназначено для заземления (через заземляющий штырь на сетевом шнуре или любым другим способом), должно быть заземлено во время обслуживания. Это единственный способ узнать, есть (или нет) замыкание на землю. Да, вы можете проверить с помощью мультиметра, но это не удовлетворительная замена. Также слишком легко забыть о том, что целостность заземления должна быть проверена, если изолирующий трансформатор всегда включен в цепь.
Прекрасным примером того, как может произойти короткое замыкание от активного (или нейтрального) к шасси, является так называемая «смертельная заглушка», установленная во многих ранних гитарных усилителях США.Эти заглушки обычно имеют тип 630 В постоянного тока, которые полностью непригодны для соединения между сетью 230 В и шасси, и их называют «смертельными заглушками» по очень веской причине — они могут и делают короткое замыкание, и, сделав это, они могут или не может взорваться. Взрыв — это на самом деле хорошо, потому что он навсегда выводит их из строя, но после этого сетевое соединение может оказаться небезопасным.
Посмотрите на схему Fender эпохи 1960-х, чтобы увидеть пример (или посмотрите на пример ниже).Обычно (но не всегда) есть переключатель, который позволяет незадачливому пользователю переключать колпачок с активного или нейтрального на шасси, и первоначальная идея заключалась в том, чтобы выбрать положение переключателя, которое издает наименьшее гудение — это будет почти всегда будет, когда нейтраль подключена к шасси через конденсатор и переключатель. Использование любого конденсатора емкостью более нескольких нанофарад теперь повсеместно запрещено, и даже это небольшое значение должно быть типа Y-класса (отказоустойчивого).

Рисунок 2 — Защитная крышка Fender (100 Вт Bassman)
Обратите внимание, что схема намеренно не преобразована в стиль, который я обычно использую, поэтому ее происхождение ясно.Я также должен заявить, что экспортная версия того же усилителя не имеет предельного значения , а не . Однако , сегодня это не имеет большого значения, поскольку винтажные усилители обычно продаются по всему миру, независимо от происхождения или предполагаемого рынка. Список UL (Underwriters Laboratory) для крышки означает, что она прошла типовые испытания на безопасность, но они все равно взрываются даже в США при напряжении сети только 120 В. Обратите внимание, что на частичной схеме показан 3-контактный (заземленный) сетевой шнур, но во многих более ранних усилителях использовались только 2-контактная вилка и сетевой шнур.Этот тип оборудования (технически известный как «Класс 0») больше не разрешен к использованию нигде в мире.
Fender, конечно же, не был единственным, и некоторые другие производители даже не удосужились использовать конденсатор, внесенный в список UL! Некоторые включали в свои экспортные модели смертельный колпачок — обычно «оранжевая капля» на 630 В постоянного тока или что-то подобное. Эти выйдут из строя при питании от сети 230 В! Не стесняйтесь искать «конденсатор смерти», и имейте в виду, что некоторые комментаторы понятия не имеют, что они делают или о чем говорят, и их мнения следует не принимать во внимание.Есть даже видео, где человек ясно показывает, что он ничего не знает (хотя он, , думает, что знает).
Смертельный колпачок не использовался в большинстве оборудования США с момента обязательного введения заземленных сетевых вилок и розеток, но некоторые производители все равно продолжали какое-то время. Теперь почти наверняка, новое оборудование не будет установлено, но винтажные гитарные усилители не выбрасываются — никогда! В результате вы все равно найдете смертельные заглушки в старых усилителях, и пройдет некоторое время, прежде чем все они исчезнут.Пока защитный колпачок остается в цепи, существует постоянный риск короткого замыкания от сети к шасси. Смертный колпак следует снимать — всегда — без исключений! Пользователь, который настаивает на 100% подлинности винтажного усилителя, не сможет насладиться им, если он убьет его или ее, и этот момент необходимо подчеркнуть, когда вы полностью снимете крышку.
Если вы используете изолирующий трансформатор для проведения всех ваших тестов, вы можете вообще пропустить отказ сети от шасси! Это явно тот случай, когда изоляция от сети не просто «не требуется», ее вообще не следует использовать .
«Смертельный колпачок» — это лишь одна из многих возможностей, которые могут привести к тому, что шасси станет живым, и упоминается здесь, потому что это одна из наиболее распространенных проблем, особенно когда «отечественный» винтажный усилитель экспортируется и используется при 230 В. . возможно, со сменным трансформатором или внешним понижающим трансформатором. Существует бесчисленное множество способов получить сбои такого рода, и дело в том, что если вы используете изолирующий трансформатор и не проводите тестирование с «нормальной» сетью и заземленным шасси, вы, возможно, никогда не узнаете, что он ждет, чтобы кого-то убить.
3 — Сделайте свой собственный изолирующий трансформатор
Следует упомянуть сам развязывающий трансформатор. Большинство из них НЕ будут выполнены в соответствии с медицинскими стандартами, и качество их изоляции между обмотками может соответствовать только «базовым» спецификациям. Другими словами, если они не указаны как с двойной изоляцией , они не могут быть классифицированы как «безопасные» трансформаторы. Если вы покупаете аппарат «медицинского класса», предназначенный для использования в операционной или отделении интенсивной терапии, он будет полностью специфицирован и протестирован, чтобы убедиться, что он соответствует самым высоким стандартам.
Большинство из них не соответствует этому уровню защиты. Это не означает, что они «небезопасны» как таковые, но рисковать своей жизнью, используя «базовый» рейтинг изоляции, может быть не очень хорошей идеей. Если не поискать, вы вряд ли сможете найти класс изоляции для изолирующих трансформаторов, потому что не все разработаны специально для обеспечения безопасности . Их можно использовать просто для исключения любой составляющей постоянного тока из сети или для размыкания контура заземления.
Трансформаторы
классифицируются в соответствии с их классом изоляции, но информацию не всегда легко найти.В следующей таблице показаны классы, которые используются в США, и есть аналогичные классы в других местах (но они могут использовать другую терминологию). Хотя найти достаточно легко, вы должны знать, что искать. Для большинства трансформаторов общего назначения, вероятно, не удастся указать свой класс изоляции, поэтому предположим, что они будут находиться в нижней части диапазона (более низкая максимальная температура). Это может быть важно, если ваш изолирующий трансформатор подвергается случайной (или преднамеренной) перегрузке.
Класс изоляции Изоляция
Класс Среднее значение обмотки
Повышение температуры Горячая точка
Повышение температуры Макс.температура обмотки
Класс 105 A 55 ° C 65 ° C 105 ° C
Класс 150 или 130 B 80 ° C 110 ° C 150 ° C
Класс 180 F 115 ° C 145 ° C 180 ° C
Класс 200 N 130 ° C 160 ° C 200 ° C
Класс 220 H 150 ° C 180 ° C 220 ° C
Примечание: максимально допустимое повышение температуры при средней температуре окружающей среды 30 ° C в течение любого 24-часового периода и максимальной температуре окружающей среды 40 ° C в любое время.
Вы можете использовать пару трансформаторов, соединенных вместе, чтобы создать очень эффективный (и более безопасный, чем обычно) изолирующий трансформатор. Вам понадобятся два одинаковых трансформатора, в идеале с достаточно высоким вторичным напряжением. Около 50 В или более на вторичной обмотке обычно нормально. Они подключены, как показано ниже, с двумя соединенными их вторичными обмотками, поэтому второй трансформатор представляет собой ступенчатый трансформатор с по от 50 В до 230 В (или 120 В). Поскольку такой трансформатор разработан для обеспечения безопасности, использование двух средств означает двойную изоляцию между сетью и изолированным выходом.Максимальный ток составляет около 1 А при 230 В или 2 А при 120 В — это не очень много, но более чем достаточно для большинства испытаний с легкой нагрузкой. Другое преимущество состоит в том, что для многих любителей это будет где-то между бесплатным и дешевым, если будут доступны подходящие трансформаторы.

Рисунок 3 — Изолирующий трансформатор для самостоятельного изготовления
Эта схема менее эффективна, чем «настоящий» изолирующий трансформатор, но поскольку есть два отдельных набора изоляции (по одному на каждый трансформатор), она обеспечивает лучшую изоляцию между сетью и всем, над чем вы работаете.Выходное напряжение всегда будет немного меньше входного, ток намагничивания намного больше, чем у одиночного трансформатора, но он позволяет вам использовать детали, которые вы, вероятно, можете получить гораздо дешевле, чем это будет стоить для выделенного изолирующего трансформатора. Поскольку вы не будете использовать его без крайней необходимости, неэффективность и более низкое напряжение не будут проблемой.
Первичный предохранитель необходим, и вы можете добавить еще один предохранитель на вторичный, если хотите. Неоновая лампа на панели — хороший индикатор, указывающий на то, что питание включено.Я показал пару трансформаторов на 200 ВА, но подойдут и более крупные. Если возможно, я предлагаю вам использовать трансформаторы типа E-I, а не тороидальные. Они немного менее эффективны, но более терпимы к довольно высокому току намагничивания, потребляемому вторым трансформатором, который используется в обратном порядке для получения требуемых 230 В (или 120 В с парой трансформаторов 120 В). При входном напряжении 230 В выходная мощность будет несколько меньше. Мой блок, который построен, как показано, дает выход ~ 220 В при входном 230 В.
Выводы
Ничто из вышеперечисленного, конечно, не означает, что изоляционная трансмиссия не может (или не должна) использоваться. Есть (и всегда будут) веские причины использовать его. У меня есть один, который всегда наготове, но он используется только , когда мне нужно измерить опасное напряжение на стороне сети оборудования. И да, я получил удар во время его использования, и предохранительный выключатель не сработал! Вот и все, чтобы он был «безопасным». Я использовал его, потому что мне нужно было использовать осциллограф, чтобы увидеть форму сигнала в режиме переключения, поэтому часть схемы была заземлена.Остальные ждали, чтобы попытаться убить меня.
Использование изолирующего трансформатора должно быть ограничено только оборудованием (или процедурами тестирования), где это необходимо. В остальное время оборудование всегда должно быть подключено к сети таким же образом, как и при обычном использовании. Хотя это означает, что некоторые детали будут находиться под опасным (сетевым) напряжением, они, как правило, недоступны для многих передач. Исключением являются, конечно, расходные материалы, работающие в режиме переключения, но обычно они рассматриваются только как предметы для обмена, и большинство из них не предназначены для ремонта.
Когда вам все же нужно использовать изоляцию, будьте предельно осторожны и всегда помните о рисках и предупреждениях, описанных здесь.
Ваш рабочий стол должен быть оборудован предохранительным выключателем, и его следует регулярно проверять, чтобы убедиться, что он работает должным образом. У большинства из них есть кнопка самотестирования, которая преднамеренно разбалансирует сеть настолько, чтобы вызвать срабатывание переключателя. Если он не прошел проверку, немедленно замените его. Это, безусловно, самый безопасный способ работы с оборудованием, работающим от сети, но это не значит, что вы можете расслабляться.В некоторых случаях все еще можно протянуть через активный и нейтральный проводники , а если вы носите обувь на резиновой подошве, заземление отсутствует, и предохранительный выключатель не сработает. Это не обычная опасность, но она существует, и развязывающий трансформатор не имеет абсолютно никакого значения!
В тот момент, когда вы подключаете осциллограф или другое заземленное испытательное оборудование к точке в цепи, все остальное в цепи ждет, чтобы попытаться убить вас.Ваш предохранительный выключатель не сработает, если вы случайно прикоснетесь к токоведущей части цепи при использовании изолирующего трансформатора, и вы должны всегда помнить об этом. Просто невозможно быть слишком осторожным, равно как и нельзя слишком сильно это подчеркивать.
Работа с питанием от сети всегда опасна, а клапанные (ламповые) усилители особенно опасны, если вы обратитесь к главному источнику высокого напряжения. 500 В постоянного тока — это очень неприятно, но ни предохранительный выключатель, ни разделительный трансформатор не делают его безопаснее.Это связано с тем, что HT-секция оборудования не (гальванически) подключена к сети, поэтому все, что вы делаете с входящей сетью, не имеет значения.
В большинстве случаев, вопреки общепринятой «мудрости», вы будете в большей безопасности без изолирующего трансформатора . Аварийный выключатель — ваш лучший друг . Опыт имеет очень мало значения, и электричество действительно не волнует, знаете вы все его маленькие секреты или нет. Если вы переключитесь между активным и нейтральным режимом, вы получите удар электрическим током.Если вам повезет, это вас не убьет. Изолирующий трансформатор этого ни на йоту не меняет! Сеть на 120 В намного безопаснее, чем сеть на 230 В, но люди умирают от контакта с ними через удручающе регулярные промежутки времени.
Убедитесь, что вы не один из них !
На строительных площадках в США (и это, кажется, обычное дело и в других местах), поражение электрическим током является второй или третьей по частоте причиной смерти, уступая только падению (или падению предметов) ^[3].Рейтинг по поражению электрическим током, скорее всего, несколько снизится из-за внедрения инструментов с батарейным питанием для многих приложений. Если вы посмотрите соответствующую статистику для страны, в которой вы живете, вы обнаружите, что они похожи во многих местах. К сожалению, найти статистику по другим отраслям может быть сложно, а информацию о DIY-аудио, вероятно, будет почти невозможно отследить.
Список литературы
Электричество и опасности поражения электрическим током — Сиднейский университет (Не совсем точно при описании двойной изоляции, но в остальном полезный справочник, если вы можете его найти.Оригинал страница исчезла.)
Безопасность в электронике Дизайн — Würth Elektronik GmbH & Co. KG
Министерство труда США — «Роковая четверка» строительства
Основной индекс Указатель статей
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и © 2016. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены в соответствии с Международные законы об авторском праве.Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.
Журнал изменений: страница создана и авторские права © ноябрь 2016 г./ Опубликовано в декабре 2016 г.

Что такое изоляция источника питания
Что такое изоляция источника питания — Sunpower UK
Что такое изоляция источника питания?
Изоляция — это электрическое или магнитное разделение двух цепей, которое часто используется для разделения двух отдельных частей источника питания.Изоляция обеспечивает барьер, через который опасные напряжения не могут пройти в случае неисправности или отказа компонента. Этот барьер обеспечивает безопасность электрического оборудования, предотвращая поражение электрическим током и возгорание. Кроме того, изоляция источника питания разрывает контуры заземления и тем самым устраняет шум в электрических системах.
Причины изоляции в электрооборудовании
Безопасность: для защиты оператора от опасного напряжения
Сдвиг уровня напряжения
Для обеспечения гальванической развязки, при которой две изолированные цепи сообщаются без прямого проводящего пути
Предотвратить контуры заземления
Изоляция защищает оборудование от событий линейного уровня, таких как скачки напряжения, удары молнии и т. Д.
Методы изоляции источника питания
Три наиболее часто используемых метода изоляции:
Физическая изоляция источника питания с использованием такой среды, как изоляция, диэлектрическая среда, воздушный зазор или любой другой непроводящий путь между поверхностями проводников. Это самый простой метод изоляции, предотвращающий любое электрическое или магнитное взаимодействие.
Трансформаторы, обеспечивающие изоляцию за счет магнитной связи первичной стороны со вторичной обмоткой.В дополнение к изоляции трансформатор обеспечивает другие функции, такие как понижение или повышение напряжения, несколько выходов или преобразование уровня напряжения.
Оптопары: изоляция обеспечивается воздушным зазором, а сигнал передается через свет. В этой категории есть два основных типа:
Корпус ИС, который состоит из светоизлучающего и светопринимающего полупроводникового устройства в одном корпусе. Они обычно используются в цепи обратной связи от вторичной к первичной через границу изоляции источника питания.Они могут выдерживать изоляционное напряжение порядка 3 кВ.
Оптические волокна
: они используются для источников высокого напряжения с изоляцией в десятки или сотни киловольт в дополнение к передаче сигналов управления и данных.
В большинстве преобразователей переменного тока в переменный, переменного в постоянный и постоянного в постоянный используются внутренние трансформаторы для обеспечения электрической (гальванической) изоляции между входом и выходом. Большинство источников питания также имеют оптическую изоляцию на пути обратной связи от выхода к стороне входа, как показано на рисунке 1 ниже.
Рисунок 1: Типичная цепь регулируемого изолированного источника питания на 5 В — Image Credit
Измерение изоляции в источниках питания
Два широко используемых метода определения качества изоляции:
Измерение сопротивления между двумя изолированными цепями.
Тест Hi-pot, который измеряет ток утечки между изолированными цепями.
Изоляция используется в источниках питания, а также когда сторона низкого напряжения части оборудования должна быть соединена с другим оборудованием.
Позвоните в отдел продаж по телефону +44 (0) 118 9823746 или закажите бесплатный звонок …
Чтобы получить полный ассортимент блоков питания MEAN WELL , обратитесь к своему торговому представителю или перейдите в раздел продуктов MEAN WELL.
Ключевой тенденцией в автоматизации зданий на 2020 год является повышение интеллектуальности интеллектуальных зданий и их процессов.В качестве ведущего…
Воспользуйтесь возможностью, чтобы загрузить брошюры о наших корпоративных продуктах.


МЫ ОСТАЕМСЯ ОТКРЫТЫМИ. У нас есть сотрудники, которые будут принимать ваши звонки, обрабатывать ваши заказы и осуществлять бесконтактную доставку.
Щелкните здесь, чтобы просмотреть текущее заявление
Отклонить
Бронсон ++ | Bronson MII 300
Изолирующие трансформаторы с несколькими входами серии Bronson MII предназначены для обеспечения стабилизированного и изолированного выхода 230 В от сети 220-240 В в Европе или 100-120 В в американской сети.Создан для обеспечения повышенной безопасности за счет гальванической развязки при сохранении высокого КПД для различных систем электроснабжения. Этот трансформатор позволяет создавать «плавающую» цепь 230 В переменного тока (вторичную цепь трансформатора), изолированную от источника питания переменного тока (первичная цепь трансформатора).
Серия MII обеспечивает преобразование мощности чистой синусоидальной волны от 300 Вт до 2000 Вт при максимальной продолжительной мощности, достигающей 98% за счет использования высокоэффективного тороидального сердечника из кремнистой стали.Вход и выход могут быть подключены к клеммным соединениям с дополнительными выходными разъемами, доступными для розеток как для Великобритании, так и для ЕС.
Это может обеспечить защиту от электролитической коррозии в морских приложениях, где лодки могут путешествовать между странами с напряжением 110 и 230 В. Они также могут использоваться в качестве стандартных изолирующих трансформаторов в любом приложении, где требуется дополнительная защита, выходящая за рамки обычных автотрансформаторов или приложений, чувствительных к погодной коррозии, и могут повысить безопасность электроустановок на верстаке, где тестирование и ремонт устройств в противном случае могут создать опасные ситуации.
Модели Bronson MII достигают эффективности передачи 98% при использовании высокоэффективных трансформаторов с тороидальным сердечником из кремнистой стали. Высокое качество сборки и прочные монтажные кронштейны на корпусе позволят использовать его в лодках и жилых автофургонах.
При эксплуатации моделей Bronson MII убедитесь, что общая номинальная мощность (количество ватт) всех подключенных устройств не превышает максимальную номинальную мощность трансформатора. Обратите внимание: отдельные выходные гнезда будут подавать максимум 16 А на любую нагрузку или комбинацию нагрузок, в то время как выходные клеммы будут нести максимальную нагрузку в соответствии с максимальной номинальной мощностью конкретной модели.
Изолирующие трансформаторы с несколькими входами серии Bronson MII предназначены для обеспечения стабилизированного и изолированного выхода 230 В от сети 220-240 В в Европе или 100-120 В в американской сети. Создан для обеспечения повышенной безопасности за счет гальванической развязки при сохранении высокого КПД для различных систем электроснабжения. Этот трансформатор позволяет создавать «плавающую» цепь 230 В переменного тока (вторичную цепь трансформатора), изолированную от источника питания переменного тока (первичная цепь трансформатора).
Серия MII обеспечивает преобразование мощности чистой синусоидальной волны от 300 Вт до 2000 Вт при максимальной продолжительной мощности, достигающей 98% за счет использования высокоэффективного тороидального сердечника из кремнистой стали. Вход и выход могут быть подключены к клеммным соединениям с дополнительными выходными разъемами, доступными для розеток как для Великобритании, так и для ЕС.
Это может обеспечить защиту от электролитической коррозии в морских приложениях, где лодки могут путешествовать между странами с напряжением 110 и 230 В. Они также могут использоваться в качестве стандартных изолирующих трансформаторов в любом приложении, где требуется дополнительная защита, выходящая за рамки обычных автотрансформаторов или приложений, чувствительных к погодной коррозии, и могут повысить безопасность электроустановок на верстаке, где тестирование и ремонт устройств в противном случае могут создать опасные ситуации.

Что такое гальваническая развязка и зачем она нужна

Принцип работы гальванической развязки

Основные виды гальванической развязки

1. Трансформаторная (индуктивная) развязка

2. Оптоэлектронная развязка

3. Емкостная развязка

4. Электромеханическая развязка

Применение гальванической развязки

Преимущества использования гальванической развязки

Выбор оптимального типа гальванической развязки

Заключение

Гальваническая развязка. Виды и работа. Особенности

Принцип действия

Чтобы понять как работает гальваническая развязка, рассмотрим, как это реализуется в конструкции трансформатора.

Управляющие токи для транзисторной пары выше выходного тока диодной пары. Транзисторные оптроны можно применять разными способами:

Такая гальваническая развязка обладает некоторыми преимуществами:

Похожие темы:

Какая бывает гальваническая развязка | RuAut

Гальваническая развязка в картинках / Силовая электроника / Сообщество разработчиков электроники

Пример 1. Сеть

Пример 2. Осциллограф

Перевертыши

Песенка

Заключение

Гальваническая развязка — применение и принцип действия

Принцип действия

Трансформаторная (индуктивная) развязка

Гальваническая развязка оптоэлектронного типа

Принцип действия емкостной развязки

Работа электромеханической развязки

Что такое гальваническая развязка электрических цепей? – Tokzamer

Гальваническая развязка (Часть 1). Виды и работа

Принцип действия

Чтобы понять как работает гальваническая развязка, рассмотрим, как это реализуется в конструкции трансформатора.

Управляющие токи для транзисторной пары выше выходного тока диодной пары. Транзисторные оптроны можно применять разными способами:

Такая гальваническая развязка обладает некоторыми преимуществами:

Гальваническая развязка

Принцип действия

Трансформаторная (индуктивная) развязка

Гальваническая развязка оптоэлектронного типа

Принцип действия емкостной развязки

Работа электромеханической развязки

Гальваническая развязка. Кто, если не оптрон?

Зачем оно нужно

Как оно работает

Где оно работает

Гальваническая развязка (часть 1). виды и работа

Применение

Работа электромеханической развязки

Принцип действия емкостной развязки

Гальваническая развязка оптоэлектронного типа

Трансформаторная (индуктивная) развязка

Принцип действия

Гальваническая развязка — это просто

Что такое гальваническая развязка?

Гальваническая развязка

Современная гальваническая развязка

Гальваническая развязка 101

Найти схема гальванической развязки по сети. Что такое гальваническая развязка. Как оно работает

Пример 1. Сеть

Пример 2. Осциллограф

Песенка

Заключение

ЧТО ТАКОЕ OPTOCOUPLER

Преимущества оптронов

Недостатки оптронов

Применение оптронов

Гальваническая развязка: принципы и схему

Схемы решений гальванической развязки

Принцип работы оптрона

Размножители электрических импульсов

Гальваническая развязка. Кто, если не оптрон?

Зачем оно нужно

Как оно работает

Управляющие токи для транзисторной пары выше выходного тока диодной пары. Транзисторные оптроны можно применять разными способами:

Такая гальваническая развязка обладает некоторыми преимуществами:

Гальваническая развязка на основе эффекта Холла Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

обеспечивают гальваническую развязку

Как работают изолирующие трансформаторы

Коммерческие разделительные трансформаторы