Как сделать гальваническую развязку: Самодельная гальваническая развязка, в простонародии – грозозащита / Хабр

Содержание

Самодельная гальваническая развязка, в простонародии – грозозащита / Хабр

Во время сборки гальванической развязки меня посетила мысль написать о процессе и результатах этой эпопеи.

Кому интересно прошу под хабракат.

Все началось с того что старый провайдер интернета «поднадоел» (тарифы, служба поддержки и т.п.) и я решил его сменить на другого провайдера. В процессе прокладки кабеля оказалось, что он будет проходить по крыше, под открытым небом (оборудование нового провайдера в первом подъезде, я живу во втором), а это обыкновенная витая пара (UTP) к тому же облегченный вариант. Две пары вместо положенных четырех и всё это без экрана (все равно используются только две пары, так что без разницы). Мне вариант лапша на крыше по умолчанию не очень понравился, альтернативой был экранированный кабель для наружной прокладки по той же крыше по 3 грн./метр, а этих метров 30 и не факт что его потом не украдут. Я все-таки согласился на вариант по умолчанию, если провайдеру плевать на защиту своего оборудования, то мне тем более, лишь бы интернет работал, с защитой своего оборудования я что-нибудь придумаю.

И занялся я поиском малозатратной защиты, в итоге наткнулся на этот замечательный пост, где прекрасно описаны все угрозы, которые могут влиять на кабель и оборудование.

Я попытался повторить трансформатор с деревянным сердечником, мои попытки не увенчались успехом, линк не заработал хотя индикаторы моргали, как и обычно. В итоге купил фабричную грозозащиту, поставил и немного успокоился.


Воздушные трансформаторы собственного изготовления, готовое устройство не заработало

Меня заинтересовала идея гальванической развязки, я начал искать различные варианты реализации. В результате нашел сайт где в посте «как сделать транс (кратенько)» (в других постах есть поясняющие схемы, фотографии) нашел инструкцию по изготовлению трансформатора на ферритовом кольце.

Я опишу моменты изготовления, чтобы внести большую ясность в понимание написанного в оригинале (с моей точки зрения):
1. Берем одну витую пару из кабеля UTP длиной 1,5 м.
2. Складываем пополам и скручиваем равномерно, чтоб получился четырехжильный симметричный провод. Нужно смотреть, чтоб проводники одного цвета располагались напротив друг друга.
3. Берем ферритовое кольцо размером приблизительно (некритично) 30Х8Х8 мм желательно высокочастотные (можно брать любое), острые грани обрабатываем наждачной бумагой (удобнее надфилем). Ферритовые кольца у меня были от корпусов CoolerMaster (идут в комплекте, для уменьшения наводок в проводах от передней панели) размеры 28Х16Х7 мм, их я и взял.


Ферритовые кольца от корпусов CoolerMaster

4. Складываем пополам полученный ранее четырехжильный провод, и равномерно натягивая два конца, наматываем их вместе рядом (параллельно) на ферритовое кольцо до заполнения в один слой. У меня получилось на данном кольце 8 пар витков.
5. Проверяем чтобы в паре было одинаковое количество витков и обрезаем лишние концы проводов, оставив по 30 мм.
6. В каждом четырехжильном проводе соединить провода одного цвета вместе (они напротив друг друга). Каждый четырехжильный провод, 1-й и 2-й, превращается в симметричную линию, где: провод А (пара одного цвета) и провод Б (пара другого цвета).
7. Начало провода А первой линии соединить с концом провода А второй линии.
8. Начало провода Б второй линии соединить с концом провода Б первой линии.


Готовый трансформатор

В итоге получился симметричный широкополосный трансформатор со средними точками, согласован, входное и выходное волновое сопротивление около 100 Ом и напряжение пробоя изоляции намного больше, чем в разделительных трансформаторах сетевых карт.

Для изготовления гальванической развязки нужно изготовить два таких трансформатора:

Думаю, все помнят, какие пары используются для передачи данных на скорости 100 Мбит, так что привожу картинку собранного устройства (сперва «на соплях» для проверки):

Устройство заработало сразу, после чего начал собирать всю конструкцию на деревянной палочке от мороженого (первое, что попалось на глаза) с помощью термопистолета:

Между этапами я проверял на работоспособность, чтобы исключить возможность ошибки. Здесь я укоротил проводники для компактности:

Вот места соединения крупным планом, если кому интересно:

И наконец-то готовое устройство (извините за непривлекательный вид, из-за клея — своего рода изоляция):

Гальваническая развязка у меня включена по такой схеме: провайдер –> купленная грозозащита –> самодельная гальваническая развязка –> роутер –> компьютер. Длина линии от провайдера где-то 50-60 метров. Разъемы были позаимствованы из нерабочих сетевых плат. Ухудшений в плане снижения скорости, увеличения времени отклика не замечено.

Устройство было сделано и установлено в январе 2013 года. От прямого попадания молнии, скорее всего не защитит, а от наводок и статики вполне. Так что спокойно жду грозового лета.

Update 21.07.2013:
Вот уже прошло полгода, а гальваническая развязка как работала, так и работает, несмотря на то, что было несколько крупных гроз (самые ближайшие молнии «лупили» в радиусе где-то 500 метров). Связь с оборудованием провайдера за все это время не терялась. Так что устройство удалось и исправно выполняет свою функцию, несмотря на не особо привлекательный внешний вид.

Update 09.05.2019:
Спустя почти 6 лет я нашёл эту штуковину у себя под столом, я про нее просто забыл – значит она работает! За это время я успел снова отключиться от этого провайдера во второй раз. Спросите, как – просто моего нового провайдера снова купил этот провайдер. Было много гроз в летнее время – все нипочём. Как работало, так и работает. Никакого негативного влияния на работу сети за все это время замечено не было.

Гальваническая развязка от сети 220 V из старого бесперебойника

В этой статье я расскажу о том, как из старого ИБП (точнее из двух) буквально на коленке сделать простую гальваническую развязку от сети 220 V.

Надеюсь, ни для кого не является секретом, для чего нужна гальваническая развязка с сетью. Многие наверняка знают один из самых простых способов взорвать полсхемы заземлённым осциллографом. Поэтому о развязке я всерьёз задумался именно после приобретения осциллографа. В самом простом случае развязка выглядит, как трансформатор с коэффициентом трансформации 1:1. Поэтому изначально была идея взять какой-нибудь ТС-270 и перемотать. Но заниматься перемоткой не хотелось, да и лишнего трансформатора достаточной мощности под рукой не было. Но как-то на работе попался под руку старый ИБП. Примерно вот такой:

И тут пришла в голову идея сделать развязку на «перевёртышах», т.е. когда два идентичных трансформатора включаются зеркально:

Естественно, чем больше напряжение на выходе трансформаторов, тем меньше тока течёт и тем лучше, но выбирать не приходилось и я использовал принцип «как есть». Решено было использовать корпус ИБП и трансформатор, который там уже установлен. У китайцев был заказан простенький вольтметр для контроля наличия напряжения на выходе:

После того, как второй трансформатор был найден и закреплён, оставалось лишь все соединить.

Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.

В итоге имеем конечную схему, по которой соединяем трансформаторы:

Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.

И получаем примерно такую картину:

Сначала я выбросил родную плату, но, как оказалось, корпус сильно теряет жёсткость и пришлось вернуть её на место, предварительно выпаяв все детали:

Потом я врезал вольтметр:

Вторичную обмотку на 18 В я использовал для питания подсветки штатного выключателя. В качестве входного предохранителя использовал штатный многоразовый предохранитель ИБП, а для защиты выхода врезал обычный держатель предохранителя.

И, вуаля! Наша развязка в работе:

При подключении на выход лампы накаливания на 100 Вт напряжение на выходе просаживается примерно на 7 Вольт, что для меня более чем удовлетворительно.
По факту этот блок здорово помогает мне и даже не столько при пользовании осциллографом, сколько при ремонте импульсных БП и других устройств, гальванически связанных с сетью.

Спасибо за внимание! Всем удачи!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

Михаил (mixa145)

Белгород

О себе автор ничего не сообщил.

 

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:

  1. 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.
  2. 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:

  1. 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.
  2. Предохранять пользователей от поражения электрическим током. Наиболее часто проблема актуальна для приборов медицинского назначения.
  3. 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.

РадиоКот :: Продвинутая гальваническая развязка

РадиоКот >Схемы >Питание >Блоки питания >

Продвинутая гальваническая развязка

  Всякий кот, если ему приходится брать в лапы импульсный блок питания с целью его отремонтировать, всегда рискует. То конденсатор возьмет да и испустит дух, то транзистору вздумается отлететь в мир иной ну и другие неприятности бывают. Давно известно, что включение импульсных блоков питания после ремонта через лампочку позволяет избежать брызг, искр, запахов и проч. Фр-ррр, как вспомню, - волосы дыбом на хвосте. А еще опытные коты настоятельно рекомендуют пользоваться при ремонте ИИП гальванической развязкой. Жуть эти импульсные блоки питания. Но мир таков, что их все больше и больше и часто приходится их ремонтировать. Вот как раз для таких котов и предназначено это устройство. Оно позволяет настраивать ИИП через гальваническую развязку, запускать ИИП через лампочку и без оной, кратковременно и на долго. Идею этого устройства я подсмотрел в Польше в сервисном центре маленького городка. Там подобное устройство (правда мощностью в 3 кВт) и без автоматики, точнее с автоматикой на реле, эксплуатируется уже много лет и мне довелось с ним работать. Понять насколько это замечательная идея. И я решил сделать нечто подобное. Я ограничился мощностью трансформатора в 100Вт ибо утюгов и фенов я не беру в лапы с целью ремонта, а для бытовых ИИП этого вполне хватит. Вот что у меня получилось:


Трансформатор гальванической развязки включен в сеть через автомат на 6А на тот случай если что-то пойдет совсем не так, его должно выбить. Пока подобное не случалось. В принципе автомат можно заменить обычным тумблером. В оригинальной конструкции была применена "пробка - автомат" от электросчетчика. Органы управления: слева на фото автомат включения, над ним зеленый светодиод "Готов", под ним переключатель ламп-баеретеров, о нем я расскажу позже. Далее модернизированная выходная розетка, о ней тоже скажу позже, под ней переключатель на 3 положения без фиксации для кратковременной подачи напряжения на выход. Справа от розетки - окно, прикрытое красным светофильтром, через него можно видеть нити накала ламп. Под окном - красная кнопка без фиксации - кнопка включения прибора в долговременный режим.

Работать с этим прибором так:
1. Включаем прибор автоматом, при этом кратковременно вспыхнет светодиод "Готов", что сигнализирует об исправности прибора. В принципе не мешало-бы дополнить прибор еще одним светодиодом, для индикации включенного состояния, но лень свойственная котам и сложность разборки конструкции пока не позволили это сделать. Я решил, что добавлю светодиод когда буду заменять перегоревшую лампу. Итак, светодиод моргнул, все хорошо.
2. Вывести переключатель под розеткой из среднего положения и подать питание на ИИП через лампочку (влево подаем 110В, вправо - 220В). Возможности подать напряжение исключаяя лампочку из цепи этим переключателем нет. Это сделано в целях безопасности. Подав напряжение наблюдаем через окно на то, как вспыхнула и почти погасла лампа-баретер. Если это так, то все в порядке. Можно переходить к "красной кнопке", если же лампа постоянно горит ярко - что-то в схеме ИИП не так, не стоит подавать напряжение. Подробнее методика ремонта ИИП с помощью лампочки много раз описывалась на просторах Интернета
3. Переходим к "Красной кнопке" одно кратковременное нажатие на нее приведет к включению режима 1 . Сработает реле К1 и своими замыкающими контактами подаст напряжение на выход через лампу, а размыкающими разорвет цепь 110В. Это сделано опять таки для безопасности. Ибо никакие ошибочные манипуляции с прибором не выведут его из строя. Без этого контакта можно представить ситуацию, когда и реле К1 сработает и зацепив переключатель хвостом можно закоротить пол вторичной обмотки трансформатора. Не брезгуйте этим контактом если будете повторять это устройство и оставите в нем режим 110В. В этом режиме работы (т.е. 220В через лампочку) группа синих светодиодов в верхней части розетки,на схеме обозначенная VD7-VD8, начнет мигать с частотой около 1 Гц. Повторное кратковременное нажатие на "красную кнопку" отключит этот режим.
4. Длительное (более 1 сек) нажатие на "красную кнопку" включит реле К2 и напряжение 220В со вторичной обмотки трансформатора будет подано в нагрузку в обход ламп-баретеров. Это режим 2. При этом табло из синих светодиодов будет светиться постоянно. Отключить этот режим можно так же длительно удерживая "красную кнопку". Или вытащив из розетки вилку ИИП, об этом расскажу позже.

Схема силовой части прибора

 


  В приборе установлены две лампы-баретеры. На 15Вт и на 60Вт. Первая - для ремонта маломощных ИИП, которые применяются в зарядках телефонов и т.п. Вторая - на 60 Вт для ремонта ИИП телевизоров, усилителей и других относительно-мощных ИИП. Переключатель ламп находится под выключателем питания. К сожалению он позволяет только добавить лампу в 60Вт в параллель к 15-ваттной. Это не совсем логично, но мне очень хотелось применить именно такой, вытяжной выключатель от старой АТС. Он мне так напоминает выключатель питания моего первого осциллографа С1-83, который как раз включался вытяжным выключателем. Ностальгия случается и с котами. Вы можете применить другой выключатель, а лучше переключатель.

Схема блока автоматики.
   Блок автоматики питается от дополнительной обмотки трансформатора. Величина переменного напряжения – 18В. За основу блока автоматики взято вот это устройство https://www.drive2.ru/c/292144/ изначально предназначенное для автомобиля. Уж очень мне понравилась идея управлять одной кнопкой. В польском прототипе использовались раздельные конопки и механический микровыключатель в розетке для автоматического сброса при отключении нагрузки. Я применил электронный, на фотореле (DD1/1, DD1/2 на принципиальной схеме). На элементах DD1/3 и DD1/4 собран генератор 1Гц для моргания светодиодной панелью в режиме 1.


   Модернизированная розетка. В начале я хотел применить механический микропереключатель и купил для этой цели стенную розетку со шторкой и крышкой турецкой фирмы ViKo. Однако, эксперименты показали, что крышка совсем не нужна и только мешает работе, я ее аккуратно срезал дремелем и разместил на ее месте табло из семи ярких синих светодиодов. Диоды спаял последовательно на полосочке макетной платы и поместил в прозрачную термоусадку. Сверху прикрыл табло синим светофильтром из оргстекла. Шторка, прикрывающая контакты от детей, подпружинена достаточно мощной пружиной, преодолеть силу которой не просто. Я бы сдвигал прибор с места на столе, что не хорошо. Поэтому я решил сделать фотореле. На месте удаленной шторки в розетке я вклеил друг на против друга фотопару из инфракрасного светодиода АЛ107 и фотодиода ФД256. Если посмотреть в правую дырочку розетки через цифровой фотоаппарат телефона то свечение светодиода видно. Если фотодиод засвечен светом светодиода или естественным светом – транзистор VT1 открыт и микроконтроллер находится в состоянии Reset. Если в розетку вставить вилку, транзистор VT1 закроется, а VT2 откроется и загорится зеленый светодиод «Готов». При включении питания светодиод кратковременно вспыхивает из-за зарядки конденсатора С1. Работу микроконтроллера, программу для него, а так же детальнейшее описание его работы можно найти перейдя по ссылке, которую я указал выше. В качестве W1 использована «пищалка» от компьютера. Без генератора. Можно применить малогабаритную динамическоую головку. С пьезоизлучателем схема не работает. Звуковое сопровождение полезно и оживляет даже такое простое устройство.

 

Весь блок автоматики размещен на одной макетной плате. Печатная плата не разрабатывалась. Хотя по фотографии можно перенести проволочную «вязь» в рисунок для печатной платы. Это уже на Ваше усмотрение.

Примененные детали.
Трансформатор: готовый 220В на 36В. Был перемотан. Вторичная обмотка удалена, вместо нее намотал 944 витка проводом диаметром 0,55мм. Виток к витку, с межслойной изоляцией. Кроме этого намотана обмотка для питания блока автоматики. Она состоит из 75 витков такого-же провода. Трансформатор пропитан бакелитовым лаком горячей сушки.
Реле. Применены безродные реле от промышленных реле времени серии ВЛ-64. Реле на 24В постоянного тока. Хотя они нормально срабатывают и от 18В. Так же я остановился на этих реле потому что они имеют открытую электромагнитную систему, что позволяет оперативно проверять состояние контактов. Но реле крепились на плату. Поэтому я изготовил из стеклотекстолита две переходные платы для крепления реле. В принципе у Вас может быть другая конструкция как блока реле, так и прибора в целом.


Переключатель без фиксации (на фото черно-коричневый с винтовыми клеммами): от какой-то авиационной техники рассчитан на 10А
Вытяжной переключатель – от старой АТС. Применять не рекомендую. Крепить сложно, да и изоляция не рассчитана на 220В.
Остальные компоненты не должны вызывать вопросов: патроны для ламп стандартные, автомат на 6А тоже. Монтаж силовой части выполнен гибким проводом сечением 1,5мм2.

 

 

 

   Устройство смонтировано в подходящем корпусе. Снизу прикрутил резиновые ножки, что бы прибор не скользил по столу. Сверху не мешало – бы предусмотреть ручку. Прибор-то довольно тяжелый. Уже заказал ручку из Китая. Где то едет. Так, что прибор еще можно модернизировать. Работать с прибором просто и приятно. Больше никаих лампочек на столе, от которых прогорает сам стол или бумага на нем. Все аккуратно. Приборчик приятно «мурлыкает» при работе с «красной кнопкой». Кроме этого я нашел возможность оперативно проверять лампочки накаливания, не разбирая прибора. Для этого нужно «красной кнопкой» включить режим 2 и вывести переключатель кратковременного включения в положение 110В. При этом на лампочку (или группу ламп) будет подано 110В и в ее исправности легко убедиться посмотрев через окно (прикрытое красным светофильтром) на нить накала.

 

   Все вопросы как обычно, в личку, или на форум, если моя конструкция нуждается в обсуждении.
ЗЫ. Я благодарен пользователю с ником «Самокат ветерана» из сайта www//http:drive2.ru за то, что он сконструировал устройство которое мне идеально подошло. Не пришлось придумывать свой вариант.

 


Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Убираем шум Bluetooth модуля. Сборка платы гальванической развязки


Приветствую, Самоделкины!
В этой статье речь пойдет о врезном звуковом bluetooth модуле, а точнее о том, как устранить свист или помехи во время его работы.


Очень многие сталкиваются с этой проблемой и пытаются ее решить разными способами, в том числе и у автора YouTube канала Radio-Lab такие проблемы с помехами и свистами на разных модулях были и приходилось их тоже решать. А все дело в том, что при питании блютус модуля и усилителя от одного источника питания, образуется земляная петля, от чего и появляется этот неприятный писк. И чтобы он исчез – нужно эту петлю разорвать. Автор покажет несколько разных способов, которые помогут вам убрать шум и свист в колонках во время работы блютус модуля.

Самый простой способ - это запитать блютус модуль от отдельного источника питания (сетевого блока питания или аккумулятора), тем самым вы сделаете гальваническую развязку по питанию, и исключаете появление земляной петли.


Плюсом способа есть простота, но минусом - есть необходимость в еще одном более слабом источнике питания для блютус модуля. Этот способ хорошо подходит, когда устройство питается от сети 220В и добавить еще один слабый блок питания для блютус модуля не проблема, а вот при изготовлении портативной акустики где силовой аккумулятор один и ставить еще один аккумулятор для питания блютус модуля, мягко говоря, не сильно удобно.

Потому есть следующий способ убрать помехи, это разорвать земляную петлю непосредственно на платах блютус модулей.

Часто производитель СПЕЦИАЛЬНО оставляет перемычку, которая разрывает звуковую землю и минус питания, как бы делит процессор на 2 части: звуковую и силовую. Иногда на плате даже есть надписи agnd – аудио земля и на эту землю от минуса питания как раз есть перемычка.


Казалось бы, сняли бы на заводе и всего делов, но без этой перемычки, когда блютус модуль полностью не подключен, то он может глючить или вообще сгореть. Потому ее ставят но уже потом, когда модуль будет полностью установлен и перемычку можно без вреда снять и разделить земли, но это уже на свой страх и риск.

Способ достаточно простой: нужно подключить к блютус модулю провода питания и особенно надежно подключить, а лучше припаять, провода линейного выхода с модуля ко входу усилителя. На выход микросхемы стабилизатора 78М05 нужно установить фильтрующий конденсатор 2200 мкФ и не менее 10В, и только после этого можно убрать перемычку, она же ноль-резистор (у разных модулей перемычка находится в разных местах).


Но мы с вами соберем дополнительную плату, чтобы убрать шум было максимально просто и удобно, просто подключив её в разрыв по питанию блютус модуля.

За основу будущей платы был взят однополярный мини DC/DC преобразователь питания B0505S-1W с изолированной землей, который поможет разорвать земляную петлю. Это как бы мини преобразователь с 5В в 5В, но у которого минусы и плюсы разделены, а энергия передается через мини импульсный трансформатор без электрического контакта.

Вот такая плата получилась:




Для питания DC/DC преобразователя автор добавил линейный понижающий стабилизатор L7805 в корпусе ТО-220, чтобы был запас по току и хороший разброс по возможным напряжениям питания.

На радиорынке были приобретены все необходимые детали, их не много (ссылки на используемые компоненты вы найдете в описании под видеороликом автора (ссылка ИСТОЧНИК)). Начинаем собирать плату. Первым ставим постоянный резистор 1кОм для питания светодиода – индикатора наличия питания платы гальванической развязки. Светодиод наличия питания на плате не обязателен, но с ним визуально понятнее приходит ли питание на плату.

Дальше установим 2 многослойных конденсатора 0,1мкФ и обязательно соблюдая полярность электролитические конденсаторы. Их номиналы 4,7мкФ и 10 мкФ, напряжение не менее 25В.


Затем дросселя по 150мкГн для дополнительной фильтрации от помех. Но если их у вас нет, то можно просто намотать небольшие катушки или вообще впаять перемычки, должно тоже работать.

Далее устанавливаем понижающий стабилизатор L7805 с радиатором на свое место. И теперь можно установить и сам DC-DC преобразователь B0505S-1W. Тут тоже нужно соблюдать правильность установки в соответствии с маркировкой ножек.

После процесса сборки получилась вот такая небольшая плата для гальванической развязки по питанию блютус модуля.


Чтобы ничего не перепутать при подключении и не спалить плату, на торцах клеммников автор дополнительно подписал где плюс, а где минус. Плата собрана, но ее еще нужно проверить. Для проверки попробуем запитать ее от аккумулятора 12В.


Светодиод засветился – питание на плату приходит. Теперь с помощью мультиметра нужно проверить работает ли плата. На вход платы приходит 12,5В, а на выходе платы есть 5В с DC-DС преобразователя. Плата работает, все хорошо.
Собранная плата на выходе выдает нужные 5В для питания процессора блютус модуля, а питание блютус модуля 12В, но процессор по сути работает от 5В, чтобы перевести плату блютус модуля на питание 5В, нужно просто закоротить вход и выход стабилизатора 78М05 на плате блютус модуля.


Стабилизаторы ставят просто для расширения диапазона напряжений питания и защиты процессора от попадания на него напряжения выше 6В. Все готово для теста, питать будем от аккумулятора 12В.

Сначала подключим все вот по такой схеме:


Помехи есть и их хорошо слышно. Как только режим работы по блютус – сразу появляется шум. Когда музыка включена не громко – писк хорошо так портит звучание и доставляют не слабый дискомфорт.

Это наглядно продемонстрировано в видеоролике автора:

А теперь все тоже самое, только с подключенной платой гальванической развязки. Подключаем все уже по вот такой схеме:


Подаем питание и сморим на результат.


Шум пропал, теперь все тихо. Земляной петли нет – нет надоедливого пищания.
Питать плату гальванической развязки так же можно вплоть до 25В. Во время работы стабилизатор L7805 греется и это нормально – это его работа, если греется очень сильно, то возможно придется увеличить радиатор. Ну а так, вот такой способ убрать шум с помощью дополнительной платы, все отлично работает, шума нет, собранная плата работает и успешно выполняет свою задачу – гальванически разделяет земли и убирает земляную петлю.
Блютус модуль автор взял для примера, но тестировал с разными. И просто платы только блютус модулей и врезные модули - все работает хорошо. По желанию можете повторять, собирать и пробовать. Ну или вы можете выбрать способ устранения шума, который вам подходит. Если все делать правильно, то все показанные способы убирают земляную петлю и убирают помехи во время работы блютус модуля.
Чертеж платы можно скачать ЗДЕСЬ.
Благодарю за внимание. До новых встреч!
Источник (Source) Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Гальваническая развязка для осциллографа. И не только … :: АвтоМотоГараж

Приобретя современный осциллограф, сразу появилось множество интересных задач по измерениям. Изначально, ещё года три назад, хотелось протестировать бензогенератор и посмотреть, что там с синусоидой, и сравнить её с формой сигнала домашней сети. В то время у нас был советский осциллограф С1-55. Но лезть осциллографом в сеть, и просто так проверять нельзя, так как корпус прибора соединён с землёй. Значит, измерения необходимо проводить через гальваническую развязку. Иначе может быть беда. В лучшем случае, из негативных последний, что-нибудь сгорит, в худшем — шарахнет (и этот результат сложно предсказуем, можно и «ласты» склеить). Сейчас у нас осциллограф другой, намного современнее. Возможно, вышеуказанные измерения данный прибор предусматривает и без гальванической развязки, но рисковать ни им, ни собой не хочется. Так вот, чтобы обезопасить себя, осциллограф и подопытные устройства в будущем, мы займёмся изготовлением гальванической развязки.

Да начала немного теории. Гальваническая развязка это передача энергии и сигналов без электрического контакта между цепями. Основная цель гальванической развязки это защита оборудования и людей от поражения электрическим током. Бывает несколько видов гальванической развязки:

  • Трансформаторные;
  • Оптические: оптопары, оптоволокно, солнечные батареи;
  • Радио: приемники, передатчики;
  • Звуковые: громкоговоритель, микрофон;
  • Ёмкостные: через конденсатор любой ёмкости;
  • Механические: мотор-генератор, реле.

В данной статье мы рассмотрим изготовление развязки трансформаторного вида, его ещё называют индуктивный. Это самый надёжный и простой способ решить вопрос развязкой по питанию, так как первичная и вторичная обмотки электрически изолированы друг от друга. То есть между ними нет контакта по которому мог бы пройти электрический ток (если только это не аварийный трансформатор, где присутствует пробой изоляции и имеется межвитковое замыкание). Передача электроэнергии осуществляется только при помощи индукции. Рассмотрим какими же достоинствами и недостатками обладает данный вариант исполнения гальванической развязки.

Достоинства:

  • Гарантированное электрическое изолирование от сети электропитания при сохранении передачи энергии и сигналов.
  • Простота изготовления. В случае необходимости, что для радиолюбителя, что для профессионала не возникнет ни каких сложностей при создании подобного устройства.
  • Как гальваническая развязка она выполняет свои функции на все сто процентов.
  • Конструкция имеет достаточно надёжное исполнение и при правильной эксплуатации очень долгий срок службы.

Что из недостатков стоит отметить, и насколько они для нашей задачи будут именно недостатками:

  • Масса-габаритные характеристики. Если гальваническую развязку не предполагается таскать с собой, то этим параметром можно смело пренебречь.
  • Трансформаторная развязка может работать только с переменным напряжением. Да, это именно так, и с этим не поспоришь. В нашем случае это то, что надо. Поэтому для нас это не принципиально.
  • Качество и форма сигнала с выхода передаётся на вход. Тут тоже для нашего случая можно найти положительный момент. Развязав гальванически сеть и измерительную часть прибора, мы можем безопасно выполнять измерения промышленной электросети. Данный момент подробно разберём ниже или в другой статье.
  • Частота модуляции гальванической развязки ограничивает частоту пропускания. Этот факт для нашего применения тоже не создаёт проблем.
    Так что нет тут для нашего случая недостатков.

 

Теперь перейдем к вариантам изготовления трансформаторной гальванической развязки. Покупку готового трансформатора или устройства намеренно не рассматриваем, так как это до банальности просто. Первый вариант изготовления. В зависимости от требуемой мощности гальванической развязки, подбираем соответствующий трансформатор. Для самоуспокоения, что мощности будет достаточно, рассчитываем параметры магнитопровода трансформатора. Расчёт можно выполнить при помощи онлайн калькулятора, перейдя по ссылке: Расчет трансформатора с броневым магнитопроводом. После рассчитываем количество витков в первичной и во вторичной обмотках. В этом же калькуляторе это с лёгкостью можно сделать. Далее наматываем обе обмотки. И в завершении, если требуется, оформляем устройство в корпус.

Второй вариант изготовления чуть проще, берётся готовый трансформатор. При помощи того же калькулятора выполняем расчёт вторичной обмотки для отдачи напряжения 220 вольт. Так же, здесь рассчитываем габаритную мощность магнитопровода. Если расчёт удовлетворяет, то удаляем вторичную обмотку и наматываем новую. В этом случае рекомендую намотать количество витков вторичной обмотки процентов на пять - восемь больше расчётного. Это на случай погрешности при вычислениях. Если что, лишнее можно будет отматать. После корректировки напряжения во вторичные обмотки, цель можно считать достигнутой.

Третий вариант изготовления гальванической развязки будет самый простой. Ничего мотать и рассчитывать (за исключением габаритной мощности) не придётся. О нём здесь расскажем в подробностях по ходу изготовления этого устройства. Для начала нам потребуется два совершенно одинаковых трансформатора. Принцип построения устройства заключается в том, что оба трансформатора включаются друг на встречу другу вторичными обмотками. Эта схема в кругах радиолюбителей именуется как перевертыши.

Трансформаторы мы добудем из блоков питания от какого-то телекоммуникационного оборудования.

galvanic_isolation_01.jpg

Вскрываем корпуса. Один из них будет корпусом нашего устройства. Внутри блока питания кроме самого трансформатора больше ничего нет. 

galvanic_isolation_02.jpg

Замеряем габаритные характеристики магнитопровода и выполняем расчёт габаритной мощности. Мощности в этих трансформаторах достаточно, каждый может отдать 150 ватт.

galvanic_isolation_0.jpg

Теперь демонтируем все детали и элементы. Параллельно прикидываем как лучше разместить два трансформатора в одном корпусе.

galvanic_isolation_03.jpg

Если разместить два трансформатора на одной плоскости, то это будет неправильным решением, так как в нижних частях передней и задней панелей не получится установить разъёмы и органы управления прибором. Поэтому решено один из трансформаторов закрепить вверх ногами. Для этого вырезаем две планки и подготавливаем места для сварки.

galvanic_isolation_04.jpg

Далее приступаем к разработке функционала устройства. Отсюда будут формироваться его передняя и задняя панели. Составляем схему устройства. 

galvanic_isolation_00.jpg 

Схема готова, теперь займёмся изготовлением передней и задней панелей. Передняя панель будет сделана из отдельного элемента, который в последствии установим на прибор. В задней — сделаем два отверстия для предохранителей и ещё выточим одно прямоугольное, для установки выходного сетевого разъёма. Процесс изготовления элемента передней панели и примерка её компонентов.

galvanic_isolation_05.jpg

galvanic_isolation_06.jpg

Разметка передней панели.

galvanic_isolation_07.jpg

Для охлаждения устройства с боку крышки корпуса предусмотрим большое отверстие, которое закроем специальной решёткой от вентилятора блока питания компьютера.

galvanic_isolation_08.jpg

Вентиляционное отверстие готово. Далее в основании корпуса с передней части мы полностью вырезали металл. Оставив только маленькие уголки, за которые будет крепиться новая передняя панель. После этого мы принялись за изготовление самой передней панели.

galvanic_isolation_09.jpg

galvanic_isolation_10.jpg

Примеряем детали корпуса друг к другу.

galvanic_isolation_11.jpg

Переднюю панель будем крепить при помощи четырёх втяжных заклёпок.

galvanic_isolation_12.jpg

Вид с обратной стороны корпуса.

galvanic_isolation_13.jpg

Как и полагается, все детали красим.

galvanic_isolation_14.jpg

Настал момент сборки.

galvanic_isolation_15.jpg

На заднюю панель установлены сетевые разъёмы и предохранители.

galvanic_isolation_16.jpg

В одном месте, где крепиться трансформатор винтом, зачищаем краску для хорошего контакта с массой корпуса.

galvanic_isolation_17.jpg

Далее вставляем в отверстия винты для крепления первого трансформатора и готовим к монтажу резиновые ножки.

galvanic_isolation_18.jpg

Ножки устройства наклеены.

galvanic_isolation_19.jpg

Теперь готовим к монтажу переднюю панель.

galvanic_isolation_20.jpg

Прикладываем элемент панели к корпусу и вставляем заклёпки.

galvanic_isolation_21.jpg

После монтажа элемента передней панели в неё устанавливаем выключатели и разъёмы.

galvanic_isolation_22.jpg

Далее приступаем к доработке и установке китайских индикаторов. Их планируем установить два. Верхний будет показывать напряжение на выходе гальванической развязки, он будет большим. А нижний будет показывать напряжение на выходе вторичной обмотки первого трансформатора. Этот индикатор будет маленький. Для нашей конструкции применены окошки от больших дисплеев, они здесь более гармонично смотрятся. В связи с этим индикатор из оригинального корпуса нужно извлечь и установить в новое окошко.

galvanic_isolation_23.jpg

Теперь готовим к сборке и установке нижний дисплей.

galvanic_isolation_24.jpg

Органы управления, разъёмы и дисплеи установлены.

galvanic_isolation_25.jpg

Далее устанавливаем первый трансформатор и осуществляем монтаж проводников от сетевого разъёма до первичной обмотки.

galvanic_isolation_26.jpg

Следующим шагом устанавливаем второй трансформатор и монтируем цепи выходного сегмента гальванической развязки.

galvanic_isolation_27.jpg

galvanic_isolation_28.jpg

galvanic_isolation_29.jpg

Для защиты вторичных обмоток необходимо предусмотреть предохранители. Для этого пришлось сделать печатную плату. Здесь будем использовать автомобильный тип предохранителей. В качестве их держателей, в плату впаяны автомобильные коннекторы.

galvanic_isolation_30.jpg

Теперь нужно подключить нижний индикатор. Поскольку найти вольтметр переменного напряжения на малые значения не удалось, то решено было использовать вольтметр для измерения постоянно напряжения, только включив его через диодный мост.

galvanic_isolation_31.jpg

Но не тут-то было. На этом этапе, при создании нашего устройства начались приключения. Китайский вольтметр постоянного напряжения при подключении его к диодному мосту почему-то напрочь отказывался работать. Он попросту не включался. Сложилось впечатление что вольтметр неисправен. Мы подключили его к лабораторному блоку питания, там он работает. Подключили его обратно к диодному мосту — не работает. Потом задумались, а вдруг он реагирует на то, что питание не совсем чистое и параллельно подпаяли конденсатор. Вольтметр заработал, но снова какая-то мистика. Он показывает завышенное напряжение. Должно быть 18 вольт, а он показывает 23 - 24 вольта. В общем, было еще несколько экспериментов, которые убили вольтметр. Создание устройства прервалось на месяц. Пришлось ждать, когда из китая приедет новый вольтметр. На этот раз я заказал модификацию большего размера. По габаритам ровно такой же, как и вольтметр переменного напряжения. Что самое интересное, и этот вольтметр вел себя точно так же как тот маленький. Он отказывался работать без конденсатора и также врёт на несколько вольт. Показывает больше чем в действительности. Что делать в этом случае мы так и не поняли. На этом эксперименты с подключением вольтметра прекратили, оставив разрешение данного вопроса на неопределенный срок. Пока это совсем не принципиально, главное, что он показывает наличие напряжения на клеммах и этого уже вполне достаточно. Если кто-то сталкивался с подобной ситуацией, напишите нам в чём проблема и как её разрешить?

galvanic_isolation_32.jpg

Собрав окончательно схему и включив прибор возник неподдельный интерес, а какой течёт ток во вторичной обмотке первого трансформатора? Благо дело автомобильные коннекторы позволяют быстро извлечь предохранитель и вместо него установить щупы мультиметра.

galvanic_isolation_33.jpg

Ток во вторичной обмотке составляет 2,7 ампера. Что не так уж и мало.

galvanic_isolation_34.jpg

Теперь проведём замеры выходного напряжения гальванической развязки. Параллельно сравним показания индикатора прибора и мультиметра.

galvanic_isolation_35.jpg

galvanic_isolation_36.jpg

galvanic_isolation_37.jpg

А теперь сравним, что показывает вольтметр, подключённый через диодный мост.

galvanic_isolation_38.jpg

На этом можно работы завершать. Устройство почти готово.

galvanic_isolation_39.jpg

galvanic_isolation_40.jpg

Осталось в крышку корпуса установить декоративную решётку. Её будем крепить при помощи втяжных заклёпок.

galvanic_isolation_41.jpg

Решётка установлена.

galvanic_isolation_42.jpg

Готовим крепёж крышки корпуса.

galvanic_isolation_43.jpg

Всё! Прибор собран!

galvanic_isolation_44.jpg

galvanic_isolation_45.jpg

В завершении этой части статьи подключим осциллограф через гальваническую развязку. Работает. Измерения мы проведём в следующей части. Также будет ещё доработка по части измерения напряжения вторичной обмотки первого трансформатора.

galvanic_isolation_46.jpg

И ещё один момент. Вес гальванической развязки составил 7 кг 930 г. И это без кабеля питания.

 

Делаем свою USB звуковую карту с гальванической развязкой / Хабр


Началось все как обычно, от нефиг делать от избытка свободного времени я решил сделать что-то эдакое. Тут я вспомнил, что друзья жалуются в дискорде на мой микрофон, слышны какие-то цифровые помехи, а если начать копировать файлы на компьютере то вообще. Купить нормальную звуковую карту? Это не про нас.

Кого заинтересовало прошу под кат.

Выбор микросхемы кодека



Вообще я не любитель делать электронику из чего попало, даже для себя, особенно из китайских компонентов с али, по этому первым делом идем на digikey и ищем что-нибудь. Первой мыслью было взять полноценную микросхему кодека и подключить его к STM32, а уж от него USB. В принципе это не сложно, но в какой-то момент я понял, что не хочу так заморачивайся и решил найти что-то «все в одном». Гугл настойчиво выдавал CM108 от C-Media Electronics, производитель в Тайване. Что ж, ну ладно, пусть будет так

Кодек требует себе EEPROM, и даже предлагает конкретную, аналог от STMicroelectronics M93C46-WMN6TP быстро нашелся на том же digikey (Integrated Circuits (ICs) > Memory). На всякий случай подключил его питание через фильтр, чтобы не привел нам ничего плохого в питание кодека.

Так же кварц, и т.к. я любитель сделать все по меньше и компактней то ставлю серию ABM3 (ABM3-12.000MHZ-B2-T) 5 на 3.2 мм (не ставить же гигантский HC-49)

Аудио коннекторы


После ищем сами коннекторы для наушников и микрофона. Я лично предпочитаю CUI для аудио и простых бытовых коннекторов питания 5.5, всегда их ставлю, конечно же поиск на digikey (Connectors, Interconnects > Barrel — Audio Connectors).

В моем случае у меня уже был готов компонент в библиотеке под SJ2-3574A-SMT т.к. раньше я его уже использовал, можно было бы выбрать разноцветные (у CUI есть), но мне не хотелось (для себя же делаю, как-нибудь разберусь).

Обычно последовательно ставят конденсаторы (0.47uF или 1uF, можно 4.7uF), это может быть тантал или керамика, но лучше всего использовать пленочные. В референс схеме в даташите предлагают 470uF, что слишком уж много, выбираем 0.47uF (если нужны очень низкие басы то можно и 1uF). Пленочные конденсаторы есть в SMD корпусах, что очень удобно, я поставил ECP-U1C474MA5 в корпусе 1206.

Гальваническая развязка по питанию


А теперь самое интересное

CM108 имеет 2 режима, 100mA и 500mA, разумеется я выбрал по жирнее, чтобы с размахом, 500mA * 5V = 2.5W, немного с запасом нам нужно найти развязку где-то на 3W, выставляем параметры (в разделе Power Supplies — Board Mount > DC DC Converters) и смотрим, что по дешевле, так же не забывая отсеивать производителей, которым вы не очень доверяете. Выбор пал на CC3-0505SF-E от TDK (хотя мне очень хотелось поставить от мураты!). Стоит он жирно, 11 баксов, но ничего не поделаешь.

После него я поставил фильтр, не забывая про конденсаторы 0.01uF и 0.001uF чтобы отсеять всякую ВЧ ересь т.к. она пролезает даже через гальванику. Ещё 100uF электролит, он точно лишним не будет.

Развязка интерфейса

Развязка питания это хорошо, но не помешает развязать и сам USB интерфейс. В разделе Digital Isolators (Isolators > Digital Isolators) можно найти подходящее, я выбрал ADUM4160 от Analog Devices.

Не забываем подтянуть DATA P на USB интерфейсе к 3.3V, т.к. это говорит хосту (ПК), что в порт воткнули девайс и надо бы начать с ним работать, по-хорошему в микросхеме эта подтяжка должна быть внутри, но её почему-то нет.

Ну и по мелочи


Сам USB конектор конечно же от Molex, ещё можно от TE или Wurth. Или поискать и у других, но я считаю что подобные конекторы лучше выбирать у этих трех, остальные хороши, но в другом.

Так же я решил, что если столько денег ушло на чистое питание, то делать надо все хорошо до конца, и развязка цифровой земли и аналоговой не исключение. Более того, вместо обычной перемычки на плате я поставил фильтр BLM15 (при разводки платы разделение земли лучше пододвинуть поближе к главной земле, т.е. к GND выводу нашего изолятора по питанию, там и должна расходится цифровая и аналоговая земля)

Заключение


Ну, на этом все, плату я развел в 4 слоя стандартного класса, после подготовки производства она будет стоить около 130р. Так же 4 слоя лучше в плане того, что полигоны питания, земли и цифровой земли лучше делать собственно полноценными полигонами, по-хорошему вообще на каждое питание свой слой, но у меня питание и цифровая земля на одном.

От идеи до полной разводки ушло где-то полтора часа. Плата вышла размером 22 на 66 мм.

Честно говоря, пока писал статью уже расхотелось заказывать плату (ну как всегда), так что пусть будет хотя бы статья.

P.S. Частенько убиваю время вот так разводя разные проекты, от простых беспроводных зарядок до разводки процессоров и… оставляю их пылится в папке жесткого диска т.к. теряю интерес в большинстве случаев (и потому что it's free, не надо тратить деньги на компоненты). Если вам интересны такие статьи то можете предлагать свои идеи для следующих проектов

P.P.S. Из-за того что плату не заказывал и не проверял возможны ошибки.

μArt - Преимущества гальванической развязки

Привет, коллеги-инженеры и производители!

Гальваническая развязка - очень важное свойство хорошего адаптера UART, хотя некоторые люди склонны игнорировать это, заявляя: «Я никогда не работаю с высоким напряжением, поэтому он мне не нужен». Они не могли больше ошибаться. Посмотрим, что это такое и почему это полезно для всех, даже если они этого еще не знают.

Эээ… гальваническая какая?

Гальваническая развязка позволяет разделить электронную схему на две цепи, где ток не может течь между двумя частями, но они все еще могут обмениваться энергией или информацией.Изоляция действует как барьер для электронов, и единственный способ их обойти - это подать чрезвычайно высокое напряжение, достаточное, чтобы сломать этот барьер (это основная причина, по которой многие думают, что это хорошо только для изоляции уровней напряжения. , но, как вы вскоре увидите, у него есть и ряд других полезных преимуществ). Это «напряжение пробоя» обычно составляет не менее пары сотен вольт, а часто и намного выше. Целью гальванической развязки является полное предотвращение протекания тока между двумя частями схемы, поэтому ее размер / выбирается таким образом, чтобы обеспечить более высокое напряжение пробоя, чем то, что может когда-либо увидеть приложение, даже при наличии неисправностей и ошибок.

Подождите, если через барьер нет соединений, как информация передается между двумя сторонами? Что ж, при использовании электрических средств это не так! Это решается другими методами, чаще всего с использованием света через компоненты, называемые оптопарами, но есть и другие решения.

Теперь, когда мы рассмотрели основы и узнали, что такое гальваническая изоляция, давайте посмотрим, зачем она вам нужна.

Изоляция от аномальных напряжений

Давайте начнем с самой очевидной причины, о которой все думают: изоляция от высоких напряжений.Поскольку одна сторона изоляции не «видит» напряжение на другой стороне, и ток не может течь между ними, это означает, что две цепи могут безопасно обмениваться информацией через гальваническую развязку, даже если они используют несовместимые - или совершенно опасные - уровни напряжения. Предположим, что на стороне ввода-вывода (UART) μArt каким-то образом напряжение выше нормы. Допустим, ваша прикладная схема питается от сети 12 В или даже 230 В. Конечно, эти напряжения не должны появляться на линиях UART, но в случае неисправности это может произойти по разным причинам, например, неисправность компонента, инородное металлическое тело, вызывающее нежелательное короткое замыкание, ошибка пользователя или просто конструкция. ошибка.Без гальванической развязки эти напряжения, скорее всего, вызвали бы поломку любого компонента в самом преобразователе UART, в результате чего высокое напряжение появилось бы на вашей шине USB, мгновенно и навсегда повредив ваш компьютер, возможно, даже вызвав травмы человека. Теперь μArt рассчитан не более чем на рабочее напряжение 5,4 В, поэтому в таком случае ваш μArt все равно будет поврежден. Но важно то, что гальваническая изоляция гарантирует, что, несмотря на повреждение μArt, высокие уровни напряжения не могут пересечь изолирующий барьер внутри адаптера UART, защищая ваш компьютер стоимостью более 1000 долларов, предотвращая возгорание некоторых кабелей и значительно снижая угрозу для людей. .

Здесь важно отметить, что, в отличие от распространенного заблуждения, вам не нужно работать с высокими напряжениями, такими как 230 В, чтобы воспользоваться этой защитой. При 230 В последствия просто более сильны и становятся опасными для человека, но любое напряжение выше 5 В (достаточно распространено 12 В) может повредить USB-порт вашего компьютера, а гальваническая развязка обеспечивает эффективную и надежную защиту. Более того, поскольку через барьер не может протекать ток, он также надежно защищает ваш компьютер от других явлений, таких как перегрузка по току, обратный ток, короткое замыкание или высокие переходные процессы.

Безопасное и беспроблемное зондирование оборудования

Итак, вы один из тех, кто утверждает, что никогда не будет работать с напряжением 5+ вольт (например, 12 В), иначе вы никогда не ошибетесь, и ваши схемы никогда не выйдут из строя . Хорошо, я совершенно уверен, что это смелое заявление во многих аспектах, но я подыграю. Гальваническая развязка по-прежнему вам очень пригодится.

Видите ли, без гальванической развязки земля (GND) вашей схемы электрически соединена с выводом GND порта USB через путь с низким сопротивлением.Многие люди не осознают, что USB-порт компьютера часто связан с заземлением, то есть USB-GND на самом деле подключен к земле вашей электросети 230 В. И да, это все еще верно, даже если ваш компьютер имеет изолированный источник питания. Не пугайтесь, это совершенно нормально, безопасно и так и должно быть. Но есть случаи, когда он вас укусит. Взгляните на следующую диаграмму.

Здесь вы видите, что пользователь пытается проверить свою прикладную схему с помощью осциллографа.Его наконечник пробника может быть подключен где угодно, или его можно не подключать вообще. Но учтите, что заземляющий провод осциллографа обычно также имеет заземление от сети, то есть ваш осциллограф и ваше приложение соединяются не только через пробник, но и через заземление сети. Возможно, вы уже понимаете, к чему это может привести. Если вы подключите заземляющий провод вашего щупа, скажем, к шине питания вашей цепи, вы просто закоротите источник питания. Сначала это может показаться невозможным, потому что вы, казалось бы, подключили только один провод (зонд GND), так как же может течь ток без замыкания цепи? Итак, цепь замкнута и проходит через общую сетевую землю, которую используют и ваш осциллограф, и компьютер.Хотите вы этого или нет, но ваш пробник GND неявно подключен к GND вашей собственной цепи.

Это означает, что подключение заземления пробника в любом месте, кроме цепи GND, может привести к короткому замыканию шины питания или, по крайней мере, к сгоранию цифрового выходного контакта. Возможные последствия варьируются от плохих до трагических, от отсутствия повреждений, но схема магическим образом не работает, когда вы ее проверяете, до поврежденных компонентов или даже повреждения компьютера и / или вашего дорогостоящего осциллографа. Вы можете спросить: «Но почему я должен подключать свой пробник GND к чему-либо, кроме цепи GND»? Что ж, вы можете этого не захотеть, но это все равно может случиться и на практике случается иногда (проскальзывание провода GND при подключении, соскакивание зажима зонда, запоминание пользователем ложного контакта, наблюдение человека и т. Д.).

Конечно, все это не проблема, если вы используете гальванически изолированный адаптер, такой как μArt, потому что он разрывает неявное соединение между GND вашего приложения и GND оборудования. Важный вывод здесь заключается в том, что даже при совершенно нормальном уровне напряжения TTL / CMOS 5 В или менее использование испытательного и лабораторного оборудования намного безопаснее и с меньшей вероятностью приведет к повреждению с помощью μArt.

Чувствительные к шуму схемы

Но подождите, это еще не все! Как только что обсуждалось выше, при использовании неизолированного адаптера UART заземление вашей собственной схемы будет подключено к заземлению USB вашего компьютера и, в свою очередь, вероятно, также к заземлению сети.Причем выход высокого уровня (логическая "1")

.

Гальванический изолятор

Гальванический изолятор - это любое устройство, которое соединяет две цепи вместе, не позволяя электричеству течь напрямую от одной цепи к другой. Вместо передачи электричества через прямой контакт гальванические изоляторы используют другие средства, такие как электромагнетизм, механические устройства, оптические системы или акустические системы, для преобразования электричества в другую форму энергии, передачи ее на выходное устройство, а затем преобразования обратно в электричество.Существует много различных типов гальванических изоляторов, и они могут использоваться в самых разных областях.

Как работают гальванические изоляторы

Гальванический изолятор разделяет две цепи, преобразуя электричество из одной цепи или компонента схемы в другую форму энергии, а затем преобразуя ее обратно в электричество, когда она попадает в другую цепь. Гальванические изоляторы предотвращают прохождение тока, который может повредить чувствительные электронные схемы, от одного участка схемы к другому.Гальванические изоляторы зависят от света, электромагнитных волн, звуковых волн, механической энергии, индуктивности, емкости или других средств, чтобы гарантировать, что выходной ток такой же или меньший, чем входной.

Приложения

Оптические изоляторы, которые используются в волоконно-оптической связи и передаче данных, представляют собой форму гальванического изолятора и зависят от поляризации ближнего инфракрасного света, чтобы предотвратить нарушение сигнала обратной связью. Оптоизоляторы предотвращают повреждение соседних цепей напряжением в одной цепи, преобразовывая электричество в луч света, направляя его через закрытый канал и преобразовывая свет обратно в электричество.Кроме того, все типы преобразователей являются гальваническими изоляторами.

Преимущества

Гальванические изоляторы не позволяют электричеству в одной цепи или ее компоненте повредить другие цепи или компоненты схемы, которые могут быть более чувствительными и / или предназначены для другой функции. Гальванические изоляторы также предотвращают помехи или «шум», которые генерируются колебаниями электричества в нескольких цепях из-за нарушения нормальной работы электронного устройства. Гальванические изоляторы могут использоваться в самых разных системах и могут состоять из различных компонентов, чтобы обеспечить максимальную эффективность в ряде ситуаций.Точно так же гальванические изоляторы, как правило, очень недороги и имеют размер в зависимости от требований конкретного приложения.

.

Испытание гальванического изолятора - Морское дело

Простые устройства

Как упоминалось выше, это простые устройства. Когда откроете, вы увидите, насколько просто. Важно отметить, что эта конкретная модель больше не соответствует действующим стандартам безопасности ABYC . Я сразу же получу , почему . На задней стенке мы видим два провода, идущие к позолоченным шпилькам. Здесь ваш зеленый заземляющий провод будет отрезан и подключен к нему.Внутри мы видим два диода, которые позволяют току течь в обоих направлениях, но в то же время блокируют напряжения ниже 1,0 - 1,2 В.

Так зачем мне тестировать свой GI?

Помните, в последнем абзаце я упомянул, что этот конкретный GI больше не соответствует текущим стандартам безопасности ABYC ? Что ж, для этого есть очень веская причина.

Вспомните, когда я описывал, где устанавливается GI? Это вставлено в ЗЕЛЕНЫЙ ПРОВОД БЕЗОПАСНОСТИ .Что произойдет, если один или оба диода перегорят? Как вы уже догадались, теперь у вас нет NO SAFETY GROUND . За прошедшие годы было очень много случаев, когда лодки с GI полностью теряли связь с защитным заземлением на берегу из-за неисправных диодов.

Один удар молнии в лодке, находящейся в нескольких доках, может вывести из строя половину солдат на всей пристани, и люди редко даже замечают это. Честно спросите себя, слышали ли вы когда-нибудь о тестировании GI? Да, скорее всего, это , а не .Добавьте к этому тот факт, что многие другие лодки не подключены на борту к текущим стандартам безопасности, где зеленый / заземляющий провод переменного тока подключен к шине заземления постоянного тока судна, и это означает, что металлические части устройств переменного тока могут нагреваться в в случае неисправности. Горячие корпуса и металлические части вашей лодки создают опасность поражения электрическим током или смерти находящихся в ней людей или пловцов в результате поражения электрическим током или утопления . Без подключения защитного заземления к берегу устройства защиты от короткого замыкания не сработают должным образом.Это = ПЛОХО / ОПАСНО

Ниже приводится прямая цитата капитана Дэвида Рифкина. Дэвид, возможно, является ведущим специалистом в области смертей от утопления, склеивания и коррозии от удара электрическим током в море.

«На многих лодках, которые я тестировал с гальваническими изоляторами, примерно 5% испытывали обрыв цепи (это означает, что лодка не имела подключения к системе заземления гавани), и операторы не знали об этом».

Я знаю, что 5% лодок с GI и открытым грунтом - это не так много, но учтите, что с миллионами лодок в воде потенциально на лодках установлены сотни тысяч GI.Сколько лодок в вашей марине? 100? Итак, если у 5 из этих лодок полностью отсутствует зеленый страховочный трос, вы хотите искупаться в своей гавани? Конечно, все мы знаем, что нельзя плавать в марине, но такое случается.

Что соответствует действующим стандартам безопасности для GI?

Стандарты ABYC для гальванических изоляторов менялись несколько раз за последние годы. Первая итерация требовала « активного мониторинга ». Это была панель с дистанционным освещением, чтобы владелец мог взглянуть и узнать, что у него есть безопасный и работоспособный GI с неповрежденным защитным заземлением.Этот « активный мониторинг » значительно увеличивал стоимость GI и представлял собой полную PITA с точки зрения паразитных нагрузок, потому что его нужно было «подключить» не только к зеленому проводу. Это также создало проблему с ELCI и GFCI, поскольку оно «пульсировало» защитное заземление, что могло вызвать ложное срабатывание.

Несколько лет назад компания Dairyland Electrical Industries, или сокращенно DEI, изобрела / вывела на рынок судостроения гальванический изолятор « отказоустойчивый ».Это продвижение вернуло простоту и отсутствие контроля в GI и покончило с идиотскими огнями и соответствующими схемами. В отличие от традиционных диодов, которые имеют тенденцию открываться при отказе, безопасные при отказе диоды закрываются при отказе, и вы теряете только гальваническую защиту. Сегодня стандарты ABYC требуют использования отказоустойчивых гальванических изоляторов, таких как ProMariner ProSafe FS30 или ProMariner ProSafe FS60.

Обозначение FS или отказоустойчивый означает, что эти устройства закрываются при отказе, а не открываются, как нормальный диод.Если вы не замкнетесь, вы потеряете только гальваническую защиту, но не потеряете ЗАЗЕМЛЕНИЕ на берегу. По словам Генри Т., одного из владельцев DEI, у них не было ни одного выхода из строя гальванического изолятора DEI Fail Safe, когда он не открывался бы, даже при ударах молнии. Довольно впечатляющий подвиг, учитывая количество сбоев, произошедших со старой технологией, такой как та, которую вы видите здесь. Результаты для ProMariner, упомянутые выше, такие же, небезопасных отказов не известно.

Сегодня такие компании, как ProMariner и DEI, производят гальванические изоляторы, соответствующие требованиям ABYC, с использованием отказоустойчивой технологии.Yandina & Sterling Power также производит GI (мы являемся дилером Sterling Power), но они не соответствуют действующим стандартам безопасности ABYC, поэтому мы не продаем и не устанавливаем их. Я упоминаю оба этих продукта, потому что обе компании как минимум на 100% честны в том, что продукт не соответствует действующим в США стандартам безопасности . Престижность Yandina и Sterling Power за то, что они честны в мире рекламной шумихи BS.

Если вы пришвартованный моряк, который редко остается в доке, Yandina GI или Sterling Power GI могут представлять собой выгодную покупку, но они должны регулярно проходить испытания.При добавлении GI для регулярного использования на стороне док-станции мы настоятельно рекомендуем установить отказоустойчивый продукт .

.

Коммутация высокого напряжения с гальванической развязкой

Для переключения на более высокое напряжение 100–200 В необходимо внимательно прочитать спецификации на свои электрические компоненты. Большинство устройств общего назначения подходят только для напряжений ниже 60 В или меньше. Специально для Nixies доступны часто используемые микросхемы драйверов K155ID1 (74141). Они старые (производство давно остановлено). Вы действительно хотите купить старые микросхемы от Ebay, не зная, подходят ли они еще по довольно высокой цене? Я так не думаю, потому что вы можете легко построить его самостоятельно.Возьмите транзистор, как показано ниже, подключите его к микроконтроллеру (или сдвиговому регистру, если вы хотите сохранить контакты), и все готово.

MPSA 42 - это очень (чрезвычайно) дешевый, известный доступный NPN-транзистор высокого напряжения с макс. Напряжение коллектор-эмиттер 300В. Конечно, доступно много полевых транзисторов, но я не мог найти ни одного такого маленького, дешевого и распространенного, как MPSA 42. Цена 4 (евро) цента за штуку для MPSA 42 против 50 (евро) центов и более за полевой транзистор. Что бы вы выбрали?

В какой-то момент вы захотите подумать о том, чтобы убрать удвоение цепи на 200 В с вашего нежно любимого микроконтроллера.Я предоставляю вам подумать, почему вы должны или не должны учитывать это.

Это привело к проблеме безопасного переключения MPSA 42 с помощью обычной оптопары CNY17F4 (или аналогичной). Я не знаю, есть ли какие-либо оптопары с номинальным напряжением, такие как MPSA 42. Если да, то это, очевидно, можно упростить, однако я хотел использовать то, что у меня есть. Проблема в том, что у CNY17F4 макс. Напряжение коллектор-эмиттер 70В.


Длинная речь, легкая схема. Вот мое простое предложение:

Поскольку для повышающего преобразователя доступно более низкое напряжение, я использую его для питания вторичной стороны оптопары OK1.Если это невозможно, вам необходимо найти дополнительный источник питания. Вы можете подумать об использовании стабилитрона на стороне высокого напряжения. Помните о текущем потреблении, которое может быть слишком большим для источника высокого напряжения.

OK1 включается от внешнего источника питания (от микроконтроллера или другого источника). При включении переключает Т1 в проводящее состояние. R1 и R2 должны обеспечивать безопасные коммутационные состояния. T1 связан с землей (R2), когда OK1 выключен. R1 - это базовый резистор, когда OK1 включен.Имейте в виду, что R1 и R2 - это делители напряжения. Отношение R2 / R1 должно быть достаточно высоким. 10 в моем случае.

Вот и все. Вы можете легко применить эту схему для любой другой нагрузки, которую вы хотите переключить с гальванической изоляцией.

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о