Как сделать гальваническую развязку. Гальваническая развязка своими руками: схема, принцип работы, сборка — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как сделать гальваническую развязку для ремонта импульсных блоков питания. Из каких компонентов состоит схема гальванической развязки. Как работает и собирается устройство гальванической развязки своими руками. Какие преимущества дает использование гальванической развязки при ремонте электроники.

Содержание

Что такое гальваническая развязка и зачем она нужна

Гальваническая развязка — это способ передачи энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта между ними. Основная цель гальванической развязки — обеспечение электробезопасности и защита оборудования.

Применение гальванической развязки позволяет:

Устранить паразитные связи между цепями
Защитить оборудование от скачков напряжения
Уменьшить помехи и наводки
Развязать цепи с разными уровнями напряжений
Обеспечить безопасность при работе с высоковольтными цепями

Особенно важно использовать гальваническую развязку при ремонте и настройке импульсных блоков питания. Это позволяет безопасно подавать питание на ремонтируемое устройство и защитить как само устройство, так и ремонтника от возможных аварийных ситуаций.

Принцип работы гальванической развязки

В основе работы гальванической развязки лежит принцип передачи энергии или сигнала без непосредственного электрического контакта между цепями. Для этого используются различные методы:

Трансформаторная развязка — передача энергии через магнитное поле трансформатора
Оптическая развязка — передача сигнала с помощью светодиода и фотоприемника
Емкостная развязка — передача сигнала через конденсатор
Магнитная развязка — передача с помощью датчиков Холла

Наиболее распространенным методом является трансформаторная развязка. Она позволяет передавать большую мощность и обеспечивает надежную изоляцию между первичной и вторичной цепями.

Схема простейшей гальванической развязки

Простейшая схема гальванической развязки на основе трансформатора включает в себя:

Разделительный трансформатор
Выпрямитель
Сглаживающий фильтр
Стабилизатор напряжения (опционально)

Принцип работы такой схемы:

Входное переменное напряжение подается на первичную обмотку трансформатора
Во вторичной обмотке наводится ЭДС, гальванически не связанная с первичной цепью
Напряжение со вторичной обмотки выпрямляется диодным мостом
Сглаживающий конденсатор уменьшает пульсации
Стабилизатор обеспечивает постоянство выходного напряжения

Такая схема позволяет получить изолированное постоянное напряжение для питания ремонтируемого устройства.

Расширенная схема гальванической развязки с защитой

Для повышения безопасности и удобства использования схему гальванической развязки можно дополнить следующими элементами:

Автоматический выключатель на входе

Лампа-баретер для плавного пуска
Переключатель режимов работы
Индикация включения и режимов
Электронный блок управления

Рассмотрим подробнее назначение этих элементов:

Автоматический выключатель

Устанавливается на входе схемы для защиты от перегрузки и короткого замыкания. Номинал выбирается исходя из мощности трансформатора, обычно 6-10А.

Лампа-баретер

Включается последовательно с нагрузкой и ограничивает пусковой ток. Это позволяет плавно запустить ремонтируемое устройство и избежать повреждения его элементов при включении.

Переключатель режимов

Позволяет выбрать режим работы:

Через лампу-баретер (для запуска)
Напрямую (для длительной работы)
Кратковременная подача напряжения

Индикация

Светодиоды для отображения:

Включения питания
Готовности к работе
Текущего режима

Блок управления

Микроконтроллер для реализации дополнительных функций:

Автоматическое отключение при извлечении вилки
Звуковая индикация режимов
Защита от неправильных действий

Такая расширенная схема значительно повышает удобство и безопасность использования гальванической развязки при ремонте.

Сборка устройства гальванической развязки

При самостоятельной сборке устройства гальванической развязки необходимо учитывать следующие моменты:

Выбор трансформатора с запасом по мощности (100-150 Вт достаточно для большинства бытовых устройств)
Использование качественных компонентов (реле, переключатели) с соответствующими характеристиками
Правильный монтаж силовых цепей проводом достаточного сечения
Надежная изоляция всех токоведущих частей
Качественная сборка в корпусе с вентиляцией

Пошаговый процесс сборки:

Подготовка корпуса, разметка и установка компонентов
Монтаж силовой части (трансформатор, реле, переключатели)
Сборка и установка платы управления
Монтаж индикации и органов управления на лицевой панели
Подключение всех цепей согласно схеме
Проверка монтажа и изоляции
Настройка и тестирование работы всех режимов

При аккуратной сборке и соблюдении правил электробезопасности можно получить надежное устройство для безопасного ремонта импульсных блоков питания и другой электроники.

Преимущества использования гальванической развязки

Применение самодельного устройства гальванической развязки при ремонте электроники дает ряд важных преимуществ:

Повышение безопасности работы с высоковольтными цепями
Защита ремонтируемого оборудования от повреждения при включении
Возможность плавного запуска через лампу-баретер

Удобное управление режимами подачи питания
Защита от ошибочных действий при ремонте
Визуальный контроль режимов работы

Все это позволяет значительно упростить и обезопасить процесс ремонта и настройки различной электронной техники, особенно импульсных блоков питания.

Меры предосторожности при использовании

При работе с устройством гальванической развязки необходимо соблюдать следующие меры безопасности:

Использовать устройство только по назначению
Не превышать максимальную мощность нагрузки
Не вскрывать корпус при включенном питании
Не касаться токоведущих частей
Работать только сухими руками
Не использовать при повреждении изоляции
Периодически проверять исправность устройства

При соблюдении этих простых правил устройство гальванической развязки станет надежным помощником при ремонте электроники и обеспечит безопасность работы.

Заключение

Гальваническая развязка — важный элемент безопасности при работе с электронным оборудованием. Самостоятельное изготовление устройства гальванической развязки позволяет получить надежный инструмент для ремонта различной техники. При правильной сборке и использовании такое устройство значительно повышает безопасность и удобство ремонтных работ.

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.

Собираем модуль гальванической развязки своими руками

Очень часто на одной плате при проектировании различных устройств приходится размещать несколько разных модулей, информация с которых необходима для функционирования устройства. Некоторые модули могут оказаться сильно чувствительными к помехам, которые могут наводиться по цепи питания, что требует внедрения дополнительного источника питания. Решается эта проблема установкой модуля гальванической развязки.

При необходимости установки нескольких независимых источников питания приходится искать подходящий специализированный блок питания, что может оказаться экономически невыгодно, ведь он явно будет дороже. Гораздо проще сделать гальваническую развязку по уже существующему питанию с помощью специального модуля. Такой модуль полностью решает проблему, становясь независимым источником питания, причем стоят такие модули копейки.

В рамках данного проекта мы будем собственноручно собирать модуль гальванической развязки, разработанный автором ютуб-канала RED Shade. Автор предоставляет всю необходимую информацию для сборки, чтобы любой желающий без особых сложностей смог это сделать. Вот видео, в описании которого имеется вся необходимая информация: https://www.youtube.com/watch?v=zZDC1hVOJlo

Разработанная печатная плата создана в программе SprintLayout, что позволяет, не затрачивая своего времени сразу приступить к изготовлению или заказу печатной платы. Нам для заказа понадобится подготовить гербер файлы.

Гербер файлы помогут сделать заказ на изготовление печатной платы модуля в Китае, на сайте сайте jlcpcb.com ($2 for 1-4 Layer PCBs, Get SMT Coupons: https://jlcpcb.com/DYE). Для этого подготовленные гербер файлы собираются в архив и загружаются на сайт компании. Там они сразу проходят проверку на правильность оформления и пользователю в течение нескольких секунд выдается результат. Если все хорошо оформлено, на экране будут показаны обе стороны платы, как они будут выглядеть после изготовления. Дополнительно будут показаны дополнительные настройки, для изменения параметров заказываемой платы.

Спустя некоторое время, в зависимости от выбранного способа доставки, приезжает коробочка с платами. По умолчанию изготавливается 5 плат, и для транспортировки они надежно упаковываются в плотную клеенку. Качество изготовления плат на высоте.

Собирается данный модуль несложно, благо радиодеталей там немного, но есть небольшая сложность с трансформатором, который придется собирать самостоятельно. Главное правильно подобрать ферритовое кольцо и провод для обмотки. Все удалось собрать и модуль заработал.

Модуль предназначен для работы с напряжением от 5 до 12 В, и его выходное напряжение зависит от уровня подаваемого напряжения, что очень удобно. Недостатком является только мощность данного модуля. Он не способен без просадки по напряжению запустить даже компьютерный вентилятор. Подробнее о сборке и тестировании модуля можно узнать из видео, представленного далее.

Гальваническая развязка: назначение и методы

Добавлено 17 сентября 2018 в 13:04

Сохранить или поделиться

Введение

Гальваническая развязка (изоляция), обычно называемая просто развязкой, является способом, в соответствии с которым отдельные части электрической системы могут обладать различными потенциалами земли. Двумя наиболее распространенными причинами создания развязки является безопасность от сбоев в продуктах промышленного класса, и там, где требуется проводная связь между устройствами, каждое из которых имеет собственный источник питания.

Методы развязки по питанию

Трансформаторы

Наиболее распространенной формой развязки является использование трансформатора. При проектировании схемы стабилизации питания, где требуется развязка, изолирующая часть конструкции связана с необходимостью повышения/понижения уровня напряжения и не рассматривается как отдельная часть системы. В случае, если необходимо изолировать всю электрическую систему (например, для многого автомобильного тестирующего оборудования требуется, чтобы источники питания были изолированы от сети переменного тока), для создания необходимой изоляции последовательно с системой может быть установлен трансформатор 1:1.

Рисунок 1 – Ассортимент SMD трансформаторов

Конденсаторы

Менее распространенным методом создания развязки является использование последовательно включенных конденсаторов. Из-за возможности протекания сигналов переменного тока через конденсаторы этот метод может быть эффективным способом изоляции частей электрической системы от сети переменного тока. Этот метод менее надежен, чем метод с трансформатором, поскольку в случае неисправности трансформатор разрывает цепь, а конденсатор закорачивает. Одна из целей создания гальванической развязки от сети переменного тока заключается в том, чтобы в случае неисправности пользователь находился в безопасности от работающего неограниченного источника тока.

Рисунок 2 – Пример использования конденсаторов для создания развязки

Методы изоляции сигналов

Оптоизоляторы

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

Рисунок 3 – Схема типового оптоизолятора

Датчик Холла

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

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

Заключение

Гальваническая развязка (изоляция) – это разделение электрических систем/подсистем, в которых может протекать не постоянный ток, и которые могут иметь различные потенциалы земли. Развязку можно разделить на основные категории: по питанию и по сигналу. Существует несколько способов достижения развязки, и в зависимости от требований к проекту некоторые методы могут быть предпочтительнее других.

Практический пример

Рисунок 5 – Схема проекта PoE (Power over Ethernet, питание через Ethernet) на основе контроллера TPS23753PW

На схеме выше несколько трансформаторов и оптоизолятор используются для создания импульсного источника питаний, который используется в устройствах Ethernet PD (Powered Device, питаемое устройство). Разъем J2 имеет внутренние магниты, которые изолируют всю систему от источника PoE. T1 и U2 изолируют источник питания (слева от красной линии) от стабилизированного выхода 3,3 В (справа от красной линии).

Оригинал статьи:

Гальваническая развязка своими руками

Продвинутая гальваническая развязка

Автор: игорь_сумы
Опубликовано 07.02.2017
Создано при помощи КотоРед.

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.

Продвинутая гальваническая развязка

Автор: игорь_сумы
Опубликовано 07.02.2017
Создано при помощи КотоРед.

Схема силовой части прибора

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.

В итоге имеем конечную схему, по которой соединяем трансформаторы:

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.

Способы гальванической развязки. » Хабстаб

Классическое определение гальванической развязки звучит следующим образом:
Гальваническая развязка — передача энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта между ними.
Но думаю у новичков после прочтения этого определения возникают вопросы:
Как это сделать и для чего это надо?
Сделать это можно многими способами, например, с помощью трансформатора.

На картинке видно, что обмотки трансформатора между собой не связаны проводом, а энергия передается с помощью магнитного поля.
Гальваническая развязка с помощью трансформатора не требует большого количества знаний и позволяет с помощью магнитного поля передавать энергию для питания устройств и сигнал.
Но у этого способа гальванической развязки есть недостатки:

работает в определенной полосе частот;
работает только с переменным напряжением;

Другой не менее популярный способ реализации гальванической развязки с помощью оптрона, в котором сигнал передаётся с помощью света.

Этот способ гальванической развязки имеет низкий КПД из-за двойного преобразования(электричество — свет— электричество), что не позволяет использовать его для передачи большого количества энергии, а только для передачи сигнала.То есть с помощью трансформатора можно преобразовать напряжение с 220 в 12 вольт и от 12 вольт запитать необходимое устройство, а с помощью оптрона нельзя.

Ещё один интересный способ гальванической развязки реализуется с помощью датчиков, работающих на эффекте Холла. Принцип работы датчика Холла заключается в том, что он реагирует на изменение магнитного поля и вырабатывает напряжение, пропорциональное величине наведенной магнитной индукции.
Хотелось бы отметить что датчики Холла бывают двух типов: аналоговые и цифровые. Аналоговые преобразуют индукцию магнитного поля в напряжение величина которого зависит от полярности и силы поля, а цифровые определяют лишь факт наличия поля.
Использование аналогового датчика Холла позволяет делать приборы, которые могут измерять постоянный ток, протекающий по проводу, без непосредственного контакта с самим проводом.

Цифровой датчик Холла можно встретить в компьютерном кулере.

Так для чего это всё-таки надо?
Гальваническая развязка применяется для решения следующих задач:

обеспечение независимости сигнальной цепи, тем самым улучшается помехозащищённость, соотношение сигнал/шум в сигнальной цепи, точность измерения;
обеспечение безопасности при работе людей с электрическим оборудованием;

На этом всё.

Источник: hubstub.ru

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.

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

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

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

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.

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

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.

Разметка передней панели.

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

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.

Примеряем детали корпуса друг к другу.

Переднюю панель будем крепить при помощи четырёх втяжных заклёпок.

Вид с обратной стороны корпуса.

Как и полагается, все детали красим.

Настал момент сборки.

На заднюю панель установлены сетевые разъёмы и предохранители.

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

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

Ножки устройства наклеены.

Теперь готовим к монтажу переднюю панель.

Прикладываем элемент панели к корпусу и вставляем заклёпки.

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

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.

Теперь готовим к сборке и установке нижний дисплей.

Органы управления, разъёмы и дисплеи установлены.

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

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

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.

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.

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?

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.

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

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

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

На этом можно работы завершать. Устройство почти готово.

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

Решётка установлена.

Готовим крепёж крышки корпуса.

Всё! Прибор собран!

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.

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

Модуль гальванической развязки для USB. Технический обзор и тест модуля гальванической развязки для USB

По роду занятий мне часто приходится сталкиваться с ситуациями, когда подключаемое к компьютеру по USB устройство не должно иметь непосредственной электрической связи с ним, потому как это может повлечь как просто большие помехи вплоть до потери работоспособности, так и взаимное влияние блоков питания компьютера и тестируемого устройства. Вариантов решения не так много и наиболее простой из них, применить гальваническую развязку.

Я рассказывал добавлении гальванической развязки к одной из моих электронных нагрузок, вариант по своему тоже простой, но тем не менее требующий вмешательства в конструкцию нагрузки, а также установки специального ПО. Как альтернативные варианты:
1. Гальванически развязать сам компьютер от сети, но при этом надо отвязывать и монитор и питание USB хаба и принтера, в общем не вариант.
2. Применить WiFi, Bluetooth, Ethernet. Изоляция супер, но сложность исполнения высокая и обычно каждое устройство надо дорабатывать отдельно.
3. USB изолятор. Устройство предельно простое, полностью прозрачное с точки зрения программной и аппаратной составляющей, может быть применено по мере необходимости и собственно о нем я сегодня и буду вести рассказ.

Действительно, иногда надо просто временно развязать компьютер и подключаемое устройство, как для работы, так и для проверки «кто виноват», потому я и заказал именно такой вариант, хотя как писал в самом начале, стараюсь по мере возможности делать развязку внутри самих устройств, например как я это делал в моих блоках питания.

На момент покупки стоило $7.59+1.63 за доставку, итого около 9.2 доллара, недешево, но мне их и не десяток надо было.
Через время получил такой пакетик, правда попутно заказывал пару модулей WiFi-UART, но продавец почему-то решил что мне они не нужны и не выслал, печаль, на один полезный обзор будет меньше 🙁

Фото в сравнении со стандартным спичечным коробком для понимания размеров.

И габариты со страницы товара.

Исполнение вполне аккуратное, можно конечно придраться, но я не буду так как меня все устроило.

Кроме USB разъемов на плате есть еще три светодиода и переключатель, пара светодиодов отображает режим работы (Low и High speed), а также подачу питания на выход, при помощи переключается выбирается режим передачи, те самые Low и High speed.

Все емкие конденсаторы на плате танталовые, по входу есть самовосстанавливающийся предохранитель на ток 400мА, так что в безопасностью все нормально.

Устройство, подключаемое через развязку получает питание через изолированный преобразователь напряжения, в данном случае 5-5 Вольт, мощностью 1 Ватт, т.е. максимальный ток нагрузки 200мА, при этом от него же питается и вторичная сторона самой платы потому сильно не разгуляешься, например попытка подключить внешний SSD накопитель привела к его циклической перезагрузке.
Я себе в другом магазине купил пяток подобных преобразователей для питания вольтметров с VFD дисплеями, да и просто для разных применений, полезная вещь.

А за собственно развязку отвечает ADUM3160, рядом расположен оптрон, при помощи него от переключателя идет команда на управляющий входу ADUMа для задания скорости передачи данных.

По заявлению производителя (если считать что чип оригинальный, а не клон) обеспечивается гальваническая развязка с максимальным напряжением до 2.5кВ и скоростью передачи данных 1.5/12 Мбит.

Снизу пусто, но должен сделать замечание. В характеристиках ADUM3160 указано что он выдерживает 2.5кВ, но в данном случае напряжение пробоя будет ограничено не им, а расстоянием между контактами преобразователя напряжения. Не знаю сколько держит его изоляция, но расстояние между 2 и 3 контактами маленькое и я бы как минимум сделал там прорезь в текстолите.

Измерение емкости между сторонами изолятора я провел сначала в варианте земля/земля, прибор показал 26пФ, потом измерил емкость земля/питание, показало те же 26пФ что на мой взгляд более чем нормально.

А теперь проверим его в работе.
Здесь проверка проходила не с каким-то из моих устройств, а с обычной флешкой, собственно для изолятора все равно что там подключено так как он полностью прозрачен для системы, не требует никаких драйверов и прочего, включил и работай, чем собственно меня и заинтересовал.
На первичной стороне есть два светодиода, синий и красный, синий светит когда выбран режим высокой скорости (12 Мбит), красной — низкой скорости (1.5 Мбит).
Но почему-то нормально работал только режим высокой скорости, при низкой компьютер видел что что-то подключено, но не мог определить что это. Проверял как флешки, так и USB-UART конвертер, переключал как «на ходу», так и с переподключением, в Low speed ничего не заработало.

Немного тестов скорости.
1. Кардридер, включено в USB 3.0 хаб
2. Кардридер, включено в USB 2.0 компьютера
3. USB 2.0 флешка, включено в USB 2.0 компьютера.

Максимум я получил скорость около 9 Мбит, что в принципе нормально, при этом видно, что в варианте с прямым подключением к компьютеру скорость выше.

1, 2. Ток потребления в режиме High speed ниже чем в Low speed и составляет соответственно 15 и 28мА.
3. Напряжение на выходе без нагрузки выше чем на входе, примерно на 0.1 Вольта.
4, 5. Интересно что в режиме Low speed ток потребления нагрузки падает почти до нуля (фото 5), при этом питание есть так как работает тестер, но устройства не определяются, о чем я писал выше.
6. Нагрузочная способность модуля очень маленькая, уже при токе нагрузки в 60-65мА напряжение проваливается до 4.6 Вольта. В данном тесте изолятор был подключен через USB удлинитель, но даже при прямом подключении разница была не очень большая.

И так положительное, качество изготовление нормальное, модуль работает стабильно, данные передаются, пользоваться очень удобно так как он просто включается между компьютером и целевым устройством, например той же нагрузкой, блоком питания, USB осциллографом и пр.
Отрицательное. Скорость только до 12 Мбит, потому подойдет для не очень скоростных устройств, причем почему-то работает только в одном режиме. Нагрузочная способность по выходу мала и составляет всего около 40-50мА, из-за чего целевое устройство желательно питать отдельно. Есть также нарекания к качеству изоляции между первичной и вторичной стороной, решить можно заменой DC-DC изолятора, причем если применить более мощный, то вырастет и нагрузочная способность по выходу.

Резюме, если знать о нюансах применения, то имеет право на жизнь и в некоторых ситуациях может реально облегчить жизнь. У меня не так давно был реальный случай, когда при определенной комбинации электронной нагрузки, ее блока питания, тестируемого блока питания и компьютера соединение по USB пропадало через каждые 5-10 секунд, USB изолятор решил бы эту проблему так как без подключения к компьютеру все работало стабильно.

На этом у меня все, надеюсь что обзор был полезен.

Гальваническая развязка: назначение и методики

Введение

Гальваническая развязка, обычно называемая изоляцией, — это условное обозначение, при котором отдельные части электрической системы могут иметь разные потенциалы заземления. Двумя наиболее распространенными причинами создания изоляции являются безопасность от условий сбоя в продуктах промышленного уровня и необходимость проводной связи между устройствами, но каждое устройство регулирует свою мощность.

Методы изоляции питания

Трансформаторы

Наиболее распространенной формой изоляции является использование трансформатора.При проектировании схемы регулирования мощности, где требуется изоляция, изолирующая часть конструкции связана с необходимостью повышать / понижать шину напряжения и не распознается как отдельная часть системы. В случае, если необходимо изолировать всю электрическую систему (пример: многие автомобильные аттестационные испытания требуют, чтобы источники питания были изолированы от сети переменного тока), трансформатор 1: 1 может быть включен последовательно с системой для создания необходимой изоляции.

Рисунок 1: Ассортимент трансформаторов SMD

Конденсаторы

Менее распространенным методом создания изоляции является использование последовательных конденсаторов.Из-за допустимости сигналов переменного тока через конденсаторы это может быть эффективным методом изоляции частей электрической системы от сети переменного тока. Этот метод менее надежен, чем метод трансформатора, поскольку режим отказа трансформатора — обрыв, а один из режимов отказа конденсатора — короткое замыкание. Одна из целей создания гальванической развязки от сети переменного тока состоит в том, чтобы в случае отказа пользователь был защищен от функционально неограниченного источника тока.

Рисунок 2: Пример конденсаторов, используемых для создания изоляции

Методы изоляции сигналов

Оптоизоляторы

Когда сигнал должен пройти между 2 потенциалами земли, популярным решением является оптоизолятор.Оптоизолятор — это светочувствительный транзистор, который включается при включении внутреннего светодиода. Свет, излучаемый внутренним светодиодом, представляет собой путь прохождения сигнала и, таким образом, не нарушает изоляционный барьер между потенциалами земли.

Рисунок 3: Схема типичного оптоизолятора

Датчик эффекта Холла

Другой метод передачи информации между электрическими системами с отдельными потенциалами земли — это использование датчика Холла.Датчик на эффекте Холла определяет индуктивность неинвазивно, не требует прямого контакта с рассматриваемым сигналом и не нарушает изоляционный барьер. Чаще всего индуктивная информация передается через различные потенциалы земли в токоизмерительных пробниках.

Рисунок 4: Токовый пробник, используемый для измерения тока через проводник

Заключение

Гальваническая развязка — это разделение электрических систем / подсистем, по которым может протекать непостоянный ток и которые могут иметь разные потенциалы заземления.Изоляцию можно разделить на основные категории: силовая и сигнальная. Существует несколько методов достижения изоляции, и в зависимости от требований проекта одни методы могут быть предпочтительнее других.

Практический пример:

Рисунок 5: Схема проекта Power over Ethernet на основе контроллера TPS23753PW

В приведенной выше схеме реализованы несколько трансформаторов и оптоизолятор для создания импульсного источника питания, который используется в устройствах Power over Ethernet PD (Powered Device).Разъем J2 имеет внутреннее магнитное поле, которое изолирует всю систему от источника PoE. T1 и U2 изолируют импульсный источник питания (левая сторона красной линии) от регулируемого выхода 3,3 В (правая сторона красной линии).

Методы гальванической развязки для систем электромобилей

Высокое напряжение и токи, циркулирующие в электромобилях, делают фундаментальные методы гальванической развязки важной темой.

Росс Саболчик , Silicon Labs

Автомобильные конструкции

AS движутся в сторону электрификации, мощная силовая электроника становится критически важной для новых электронных трансмиссий и аккумуляторных систем.В этих приложениях цифровые контроллеры безопасно взаимодействуют с высоковольтными системами современных электромобилей благодаря гальванической развязке. Гальваническая развязка имеет решающее значение для работы этих цепей, поэтому может быть полезно рассмотреть основы гальванической развязки и способы ее реализации в современной автомобильной электронике.

Блок-схема типичной бортовой системы зарядного устройства, включая компоненты гальванической развязки.

Гальваническая изоляция — это средство предотвращения прохождения тока между двумя частями электрической системы.Ключевой особенностью гальванической развязки по сравнению с омической изоляцией является отсутствие прямого проводящего пути между двумя цепями. Другими словами, выходная силовая цепь электрически и физически изолирована от входной силовой цепи. Но гальваническая развязка по-прежнему позволяет обмениваться энергией или информацией между двумя секциями другими способами.

Типичные подсистемы, из которых состоит электромобиль.

Есть две основные причины, по которым может потребоваться гальваническая развязка. Во-первых, электрические заземления двух электрических систем могут иметь разные потенциалы.При отсутствии гальванической развязки между двумя блоками, имеющими общий провод заземления, может протекать ток контура заземления. Токи контура заземления представляют собой электрические помехи, которые могут мешать работе любой цепи. Более того, если разность потенциалов заземления достаточно велика, результирующий ток контура заземления может представлять угрозу безопасности.

Таким образом, вторая причина гальванической развязки — безопасная работа. Безопасность — основная причина, по которой в автомобильной электронике требуется гальваническая развязка.Для электромобилей и мягких гибридных электромобилей (HEV) характерны высоковольтные цепи, несущие смертельные токи. Высоковольтные секции находятся под управлением цифровой электроники, использующей токи миллиамперного уровня. Гальваническая развязка, по сравнению с другими типами изоляции, является более надежным способом предотвращения повреждения силовых каскадов неисправностями управляющей электроники, которая их обслуживает.

Цепи высокого напряжения в электромобилях

Полезно рассмотреть цепи большой мощности, используемые в электромобилях и HEV.В обоих типах автомобилей обычно используются 48-вольтовые системы и аккумуляторы с высокой плотностью накопления энергии и способностью заряжаться за минуты, а не за часы. Кроме того, система управления батареями и связанная с ними система преобразования энергии должны быть небольшими и легкими, и они должны «поглощать» ток батареи. Современные конструкции EV / HEV используют модульные компоненты в трансмиссии и системах хранения / преобразования энергии. Системы управления батареями EV / HEV обычно включают пять основных схемных узлов:

Как твердотельная гальваническая развязка может работать в интерфейсе связи для системы управления батареями.Домен высокого напряжения — это сторона с аккумулятором. Область низкого напряжения — это сторона с трансивером CAN. В этом примере основное внимание уделяется интерфейсу шины CAN. Реальные системы обычно включают дополнительную изоляцию между микроконтроллером и аккумулятором.

Бортовое зарядное устройство (OBC): литий-ионные батареи заряжаются бортовым зарядным устройством, состоящим из преобразователя переменного тока в постоянный с коррекцией коэффициента мощности, которая контролируется системой управления батареями.

Система управления батареями (BMS): BMS контролирует и обрабатывает зарядку и разрядку аккумуляторных элементов для обеспечения высокой эффективности и безопасности.В частности, BMS контролирует зарядку, состояние здоровья, глубину разряда и кондиционирование отдельных аккумуляторных ячеек.

Как различные устройства цифровой развязки могут работать в упрощенной системе управления тяговым двигателем. Преобразователь постоянного / постоянного тока

: преобразователь постоянного / постоянного тока подключает высоковольтную батарею к внутренней 12-вольтной сети постоянного тока, которая также питает аксессуары и обеспечивает смещение для локальных переключающих преобразователей.

Главный инвертор: Главный инвертор приводит в действие электродвигатель, а также используется для рекуперативного торможения и возврата неиспользованной энергии в аккумулятор.

Высокоэффективная изоляция защищает цифровые контроллеры автомобиля от напряжений, которые могут быть значительно выше 300 В. Высоковольтные подсистемы, такие как OBC, обычно управляются через шину CAN, которая также должна быть изолирована.

Контроллеры низкого напряжения в электромобиле обмениваются данными с подсистемами высокого напряжения через соединения, которые часто являются шумными из-за близости к высоким токам и электрическому переключению. Кроме того, низковольтные контроллеры должны оставаться изолированными от высоковольтных силовых транзисторов, которыми они управляют, а также измерять токи или напряжения в других высоковольтных частях системы.Системы за пределами электромобиля, такие как электрические зарядные батареи, имеют аналогичные системные требования и потребности в изоляции.

Компоненты изоляции, часто используемые для обеспечения связи и управления в системах электромобилей.

В электромобилях можно использовать несколько типов технологии изоляции, включая изолирующие трансформаторы, оптопары, полупроводниковые изоляторы на основе конденсаторов и полупроводниковые изоляторы на основе трансформаторов. Изолирующие трансформаторы используют магнитные поля для связи через изолирующий барьер с диэлектрической изоляцией между обмотками и магнитным сердечником, обеспечивающим изолирующий барьер.Оптопары используют светодиод и оптодетектор для связи через изолирующий барьер. Воздушный зазор между светодиодом и фотодетектором обычно недостаточно широк, чтобы выдерживать требуемые напряжения изоляции. В результате между устройствами в оптроне вставляется диэлектрическая лента для повышения уровня изоляции.

Изоляция на основе полупроводников использует либо пару дифференциальных конденсаторов, либо трансформатор на основе MEMS в качестве изолирующего компонента. В этих устройствах сигнал модулируется через барьер для передачи информации.В изоляторах на основе конденсаторов в качестве диэлектрика обычно используется диоксид кремния. Слой полиимида используется в трансформаторных системах. Изолирующий канал состоит из передатчика и приемника, разделенных этим изолирующим барьером на основе полупроводников. Модуляция может быть основана на РЧ несущей с двухпозиционной манипуляцией или на схеме обнаружения на основе границ. Приемник содержит демодулятор, который декодирует состояние входа в соответствии с его содержанием РЧ энергии.

Схема включения / выключения RF обеспечивает превосходную помехозащищенность по сравнению со схемами на основе границ, но с компромиссом в виде более высокого энергопотребления.По сравнению с оптопарами изоляторы на основе полупроводников имеют множество преимуществ, включая более длительный срок службы, значительно лучшую устойчивость к температуре и старению, более быстрое переключение и гораздо более высокую помехоустойчивость.

Изоляция на основе полупроводников

особенно полезна, поскольку поставщики автомобилей ориентируются на мощные транзисторы с широкой запрещенной зоной на основе нитрида галлия (GaN) или карбида кремния (SiC). В системах на основе GaN или SiC часто используются более высокие скорости переключения для уменьшения размера системного магнетизма, что может привести к значительно более высокому электрическому шуму.Полупроводниковая изоляция может справиться с этими более высокими скоростями и более шумной средой.

Уменьшение размеров и рост удельной мощности автомобильной электроники приведет к повышению рабочих температур, что может вызвать нагрузку на оптопары и снизить их производительность. Изоляция на основе полупроводников имеет значительно лучшую надежность в этих более высоких диапазонах температур, что делает их хорошим выбором для конструкций электромобилей.

Внутри OBC и BMS

Может быть полезно рассмотреть приложения в электронике EV и HEV, где может быть полезна гальваническая развязка на основе радиочастотных технологий.Одна из областей — это система OBC, отвечающая за преобразование стандартного зарядного источника переменного тока в постоянное напряжение, которое заряжает аккумуляторную батарею транспортного средства. Кроме того, OBC выполняет другие ключевые функции, такие как мониторинг напряжения и защита.

Система OBC принимает входной источник переменного тока, преобразует его в высоковольтное напряжение на шине постоянного тока с помощью двухполупериодного выпрямителя и обеспечивает коррекцию коэффициента мощности (PFC). Результирующий сигнал постоянного тока преобразуется в переключаемую прямоугольную волну, которая приводит в действие трансформатор для создания необходимого выходного постоянного напряжения.Прерывание входного сигнала происходит с использованием драйверов с изолированным затвором, таких как устройство Si8239x от Silicon Labs.

Выходное напряжение может быть отфильтровано до конечного постоянного напряжения с помощью полевых синхроимпульсов (FET) под управлением драйверов с изолированным затвором. Выходное напряжение можно контролировать для обеспечения обратной связи с контроллером системы с помощью изолированных аналоговых датчиков, таких как устройство Si892x от Silicon Labs.

Вся система может контролироваться и управляться через изолированную шину CAN.Шина CAN изолирована цифровыми изоляторами со встроенными преобразователями постоянного / постоянного тока, такими как изоляторы Si86xx и Si88xx от Silicon Labs.

Обзор упрощенной системы BMS также подчеркивает важность изоляции сигнала и мощности. В большинстве подсистем электромобилей шина CAN изолирована от высоких напряжений в этой подсистеме посредством цифровой развязки. Современная цифровая изоляция требует источника питания с обеих сторон изолятора (область высокого напряжения и область низкого напряжения). Этот источник питания также можно использовать для питания других устройств, подключенных к разъединителю, например, приемопередатчика шины CAN.

Изоляция в системах тяговых электродвигателей

В системе привода тягового двигателя работают несколько критически важных изолированных компонентов. Тяговым двигателем в большинстве электромобилей будет асинхронный двигатель переменного тока. Для управления двигателем контроллер тягового двигателя должен синтезировать переменную форму волны переменного тока из высоковольтной шины постоянного тока от аккумуляторной батареи.

Для этих систем требуются изолированные драйверы между контроллером двигателя и силовыми транзисторами. Изоляция позволяет низковольтному контроллеру безопасно переключать мощные транзисторы для создания сигнала переменного тока.Кроме того, вероятно, существует изолированная шина CAN в системе управления двигателем и какой-либо метод измерения тока, подаваемого на двигатель, для контроля и управления скоростью и крутящим моментом.

Автомобильная электроника должна соответствовать более строгим стандартам тестирования и качества, чем промышленные устройства. Большинство заказчиков автомобильной промышленности требуют более строгой квалификации AECQ-100, соответствия требованиям аудита ISO / TS16949, расширенного диапазона рабочих температур (от -40 до + 125 ° C) и чрезвычайно низкого уровня брака.

Эти повышенные требования означают, что поставщики автомобильной электроники должны предпринимать дополнительные шаги для обеспечения соответствия своих компонентов. Требуется дополнительный контроль качества на вафельном производстве, упаковке устройства и окончательной сборке. Настоящие автомобильные устройства должны поддерживаться системами качества и документации, такими как Процесс утверждения производства деталей (PPAP), Международные системы данных о материалах (IMDS) и Китайские автомобильные системы данных о материалах (CAMDS).

В целом, постоянно увеличивающаяся плотность мощности в подсистемах электромобилей создает сложные условия теплового и электрического шума.Изоляция на основе полупроводников имеет значительные преимущества по сравнению с традиционными оптопарами. Клиенты из автомобильной отрасли требуют более высоких рабочих температур, более высокого качества и более строгой документации и систем, чем промышленные клиенты. Поставщики электроники, которые могут удовлетворить все эти требования, готовы оседлать грядущую волну электромобилей.

Гальваническая развязка в системах сбора данных

Автор: Грант Малой Смит, эксперт по сбору данных

В этой статье мы узнаем о важности изоляции в системах сбора данных (DAQ), описав ее достаточно подробно, чтобы вы:

См. , что означает электрическая изоляция
Узнайте о различных способах достижения изоляции
Понимать важность изоляции в процессе сбора данных и его измерениях

Готовы начать? Пойдем!

Что такое электрическая изоляция?

Гальваническая изоляция, иногда также называемая гальванической изоляцией, — это отделение цепи от других источников электрического потенциала.

Зачем нужна изоляция?

Мешающие потенциалы могут быть как переменного, так и постоянного тока. Например, когда датчик размещается непосредственно на испытуемом изделии (например, источнике питания), имеющем потенциал над землей (т.е. более 0 В), это может вызвать смещение постоянного тока для сигнала. Электрические помехи или шум также могут принимать форму сигналов переменного тока, создаваемых другими электрическими компонентами на пути прохождения сигнала или в окружающей среде вокруг испытания.

Изоляция особенно важна для аналоговых входных сигналов, которые мы хотим измерить.Многие из этих сигналов существуют на относительно низких уровнях, и внешние электрические потенциалы могут сильно влиять на сигнал, что приводит к неправильным показаниям. Представьте себе выход термопары, который составляет всего несколько тысяч вольт, и как легко это может быть подавлено электрическими помехами.

Даже обычная линия электропитания в наших зданиях создает электрическое поле частотой 50 или 60 Гц, в зависимости от вашей страны. Вот почему лучшие системы сбора данных имеют изолированные входы — чтобы сохранить целостность сигнальной цепи и гарантировать, что выходные данные датчика действительно являются считанными.

Существуют также высокие напряжения, которые при перекрестном соединении с неизолированной системой могут повредить или разрушить дорогостоящее оборудование. В худшем случае это может привести к физическим повреждениям или даже смерти оператора-испытателя. Как правило, опасными для людей считаются напряжения, превышающие 30 В (среднеквадратичное), 42,4 В переменного тока или 60 В постоянного тока.

В мире испытаний и измерений предотвращение или устранение контуров заземления Перегрузки синфазного напряжения и критически важны для проведения точных измерений, защиты испытательного оборудования и объектов при испытании и, что наиболее важно, защиты людей от опасного напряжения потенциалы.

Прежде чем наши сигналы пройдут через усилитель и отправятся в аналого-цифровые преобразователи, мы должны убедиться в их целостности, и лучший способ сделать это — использовать изоляцию.

Когда необходима изоляция?

Более простой вопрос может быть: «Когда изоляция НЕ нужна?» Задайте себе следующие вопросы при рассмотрении вопроса о том, требует ли ваше приложение изолированных входов:

Опасно ли высокое напряжение рядом с ? (Снаружи провода высокого напряжения? Электрогенераторы?)
Имеются ли большие двигатели, турбины, сварочные аппараты или любые машины, использующие большой ток, в одном здании или в одной электросети?
Колеблется или изменяется потенциал земли вашей энергосистемы на ?
Подвержена ли ваша система электропитания когда-либо всплескам или переходным процессам электрического тока ? Вы находитесь в зоне с высоким потенциалом и ?
Вы проводите измерения сигнала уровня милливольт непосредственно на компонентах или структурах, которые могут находиться под другим потенциалом напряжения?

Если один или несколько из них относятся к вам, то, вероятно, требуются изолированные входы.

Давайте посмотрим на измерительную среду в ключевых приложениях сбора данных и их возможные источники помех сигнала:

	Генераторы высокого напряжения	Большие двигатели, турбины, сварочные аппараты	Колеблющиеся потенциалы земли	Электрические пики или переходные процессы	Измеряемые сигналы уровня милливольт
Лаборатория	Редко	Возможно	Возможно	Возможно	Да Термопары Тензодатчики RTD
Автомобильный завод	Есть	Есть	Возможно	Возможно	Есть
Завод реактивных двигателей	Да Генераторы Инверторы	Есть	Возможно	Возможно	Да Термопары Тензодатчики Зарядные акселерометры
Электростанция	Да Всегда!	Да Двигатели Турбины	Возможно	Да Реле переключения Переходные процессы выключателя	Есть
Испытательные следы	№	№	Да (шина постоянного тока автомобиля)	Да Lightning Замена батарей	Да Термопары Тензодатчики
Летно-испытательный центр	Есть	Возможно	Да переключение питания Шины переменного / постоянного тока	Да Осветление	Да Термопары Зарядные акселерометры Тензодатчики
Структурные испытания (лаборатория)	Редко	Редко	№	Возможно	Есть Тензодатчики Зарядные акселерометры
Структурные испытания (снаружи)	Возможно	Редко	Возможно	Да Освещение	Да Тензодатчики Зарядные акселерометры

Ясно, что практически не существует крупного приложения, которое не подвергалось бы помехам со стороны естественной или антропогенной среды, которые можно было бы уменьшить или полностью устранить изолированными входами.

Измерительные системы, которые не имеют изолированных входов, дешевле, чем системы с ними. Однако какой смысл в измерительной системе, если не в точных и бесшумных измерениях?

Проблемы с синфазным напряжением и решение

Синфазные напряжения — это нежелательные сигналы, которые попадают в измерительную цепочку, обычно от кабеля, соединяющего датчик с измерительной системой. Эти напряжения, которые иногда называют «шум , », искажают реальный сигнал, который мы пытаемся измерить.В зависимости от их амплитуды они могут варьироваться от «незначительного раздражения» до полного затенения реального сигнала и нарушения измерения.

Представление дифференциального усилителя

Самый простой подход к устранению синфазных сигналов — использование дифференциального усилителя. Этот усилитель имеет два входа: положительный и отрицательный. Усилитель измеряет только разницу между двумя входами.

Электрический шум на кабеле нашего датчика должен присутствовать на обеих линиях — положительной линии сигнала и линии заземления (или отрицательной линии сигнала).Дифференциальный усилитель отклоняет сигналы, общие для обеих линий, и пропускается только сигнал, как показано на рисунке ниже:

Дифференциальный усилитель успешно устраняет синфазные напряжения в пределах входного диапазона CMV

Это прекрасно работает, но есть пределы того, сколько синфазного напряжения (CMV) усилитель может отклонить. Когда CMV, присутствующий в сигнальных линиях, превышает максимальный входной диапазон CMV дифференциального усилителя, он будет «ограничиваться».В результате получается искаженный, непригодный для использования выходной сигнал, как показано ниже:

Дифференциальный усилитель искажает или «зажимает», когда его входной диапазон в синфазном режиме превышен

Итак, в этих случаях нам понадобится дополнительный уровень защиты от CMV и электрических шумов в целом (а также от контура заземления, который будет обсуждаться в следующем разделе) — изоляция .

Входы изолированного усилителя «плавают» выше синфазного напряжения. Они разработаны с изолирующим барьером с напряжением пробоя 1000 вольт и более.Это позволяет ему подавлять очень высокий CMV-шум и устранять контуры заземления.

Изолированный дифференциальный усилитель подавляет даже очень высокое синфазное напряжение

Изолированные усилители

создают этот изолирующий барьер с помощью крошечных трансформаторов для развязки («плавающего») входа от выхода, небольших оптопар или емкостной связи. Последние два метода обычно обеспечивают наилучшую пропускную способность.

Что такое коэффициент подавления синфазного напряжения — CMRR

Коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) дифференциального усилителя (или других устройств) — это показатель, используемый для количественной оценки способности устройства отклонять синфазные сигналы, т.е.е. те, которые появляются одновременно и синфазно на обоих входах.

Идеальный дифференциальный усилитель имел бы бесконечный CMRR. Однако на практике это недостижимо. Высокий CMRR требуется, когда дифференциальный сигнал должен быть усилен при наличии возможно большого синфазного входа, такого как сильные электромагнитные помехи (EMI).

Проблемы контура заземления и решение

Если их не предотвратить, контуры заземления могут стать серьезной проблемой для измерительных систем.Иногда называемый «шумом», контур заземления возникает из-за непреднамеренного подключения электрического оборудования к более чем одному пути к земле — любая разница потенциалов в этих точках заземления может вызвать токовую петлю, которая может привести к искажениям сигнала. Если амплитуда этих искажений достаточно высока, это может испортить измерение.

На рисунке ниже измерительный усилитель подключен к земле (GND 1) с одной стороны. Для подключения датчика используется асимметричный экранированный кабель, металлический корпус которого размещен на проводящей поверхности в точке GND 2.Из-за длины кабеля существует разница потенциалов между GND1 и GND 2. Эта разность потенциалов действует как источник напряжения, взаимодействуя с электромагнитным шумом из окружающей среды.

Контур заземления, вызванный разностью потенциалов земли

Если датчик может быть отсоединен от GND2, это может решить проблему. Но иногда это невозможно. Кроме того, иногда ссылка на экран кабеля требуется по правилам безопасности, и поэтому его не следует удалять.

Лучшее решение — использовать дифференциальный усилитель в изолированном формирователе сигнала. С этим одним изменением проблема решена.

Устранение проблем с дифференциальным потенциалом земли через изоляцию

Контуры заземления также могут поступать от самого прибора через его собственный источник питания. Имея в виду, что наша измерительная система подключена к источнику питания, у которого есть заземление. Поэтому очень важно отделить эту ссылку от компонентов обработки сигналов прибора, чтобы гарантировать невозможность создания контуров заземления внутри прибора.

Заземление, индуцированное источником питания

Этот сценарий может стать опасным при неисправности проводки. Если посмотреть на путь высокого тока от источника питания, что произойдет, если обратная линия будет разорвана? Вся энергия будет направлена через часть формирования сигнала системы сбора данных. Это может привести к повреждению или разрушению всей системы и даже к опасным последствиям для человека, оператора инструмента.

Опасность замыкания цепи заземления источника питания

При полной изоляции пути прохождения сигнала от источника питания описанный выше сценарий невозможен.

Изоляционные домены

Есть два основных домена, в которых может быть достигнута изоляция:

Изоляция аналогового домена

Изоляция аналоговой области используется с выходами аналоговых датчиков. Эта изоляция происходит в аналоговой области, то есть перед подсистемой АЦП.

Системы изоляции аналоговых доменов

В любой аналоговой системе развязки критически важно, чтобы точность усиления и смещения была достаточно высокой, потому что мы не хотим оцифровывать неправильные сигналы.

Изоляция цифрового домена

Когда наши сигналы являются цифровыми, для начала мы можем использовать методы цифровой изоляции для защиты наших сигналов, системы и людей-операторов.

Системы изоляции цифровых доменов

В этом случае изолирующий барьер отделяет внешний сигнал от воссоздания внутри цепи. Затем изолированный цифровой сигнал может быть направлен на микропроцессоры, FPGA, драйверы затвора и т. Д.

Теперь давайте рассмотрим три основных типа методов развязки, которые используются как для аналоговой, так и для цифровой развязки.

Три основных метода изоляции

Существует несколько подходов к созданию изолирующего барьера между источником сигнала и остальной частью системы:

Оптическая изоляция
Индуктивная изоляция
Изоляция емкостная

Давайте рассмотрим каждый из них в этом разделе.

Оптическая изоляция

Оптическая изоляция — один из самых популярных и эффективных методов изоляции сигнала от остальной системы и внешнего мира.Электрический сигнал поступает на светодиод, который передает его через диэлектрический изолирующий барьер на фотодиод, который преобразует его обратно в электрический сигнал.

Оптическая изоляция с помощью светодиода (слева) и фотодиода (справа)

Преобразуя электрический сигнал в свет, а затем обратно в электричество, он полностью изолирован от внешнего мира. Свет не подвержен электромагнитным (EMI) или радиочастотным (RFI) помехам, что является неотъемлемым преимуществом этого подхода.

Однако оптопары не так быстры, как сам свет — они ограничены скоростью переключения светодиода. Как правило, они медленнее индуктивных или емкостных изоляторов. Кроме того, интенсивность светодиодного света со временем будет снижаться, что потребует повторной калибровки или замены.

Индуктивная развязка

Инженеры знают, что электрический ток создает магнитное поле. Посылая сигнал в обмотку и располагая его рядом с идентичной обмоткой и параллельно ей, представление сигнала будет индуцировано или «введено» во вторую обмотку.

Индуктивная изоляция с использованием обмоток, разделенных электрическим изолятором

При индуктивной развязке связи между обмотками помещается электроизоляционный барьер, так что от первой обмотки ко второй проходят только те сигналы, которые индуцированы магнитным полем, и нет прямого контакта через барьер. Индуктивные ответвители имеют очень широкую полосу пропускания и чрезвычайно надежны, но на них могут влиять близлежащие магнитные поля.

Емкостная изоляция

Емкостные изоляторы передают сигнал через изолирующий барьер, обычно сделанный из диоксида кремния. Они не могут передавать сигналы постоянного тока, что делает их очень хорошими в блокировке синфазных сигналов. Сигнал преобразуется в цифровой, а затем воспроизводится на другой стороне барьера с использованием емкостной связи.

Емкостной изолятор с емкостной связью для воссоздания сигнала на другой стороне изолирующего барьера

В отличие от индуктивной изоляции, емкостная изоляция не подвержена магнитным помехам.Отличительными чертами этих изоляторов являются высокая скорость передачи данных и длительный срок службы. Емкостные изоляторы доступны с различными номиналами, чтобы обеспечить необходимый уровень защиты от сбоев и возможных коротких замыканий.

Сравнение методов изоляции

Вот общее сравнение наших трех основных методов изоляции:

	Оптический	Индуктивный	емкостный
Скорость передачи данных	Средняя (ограничена скоростью переключения светодиода)	Fast ~ 100 Мбит / с	Fast ~ 100 Мбит / с
Электрическая прочность	Хорошо ~ 100 В среднекв. / Мкм	Лучше ~ 300 В среднекв. / Мкм	Best ~ 500 Vrms / мкм
Срок службы	Сравнительно короткий	Длинный	Длинный
Магнитные помехи	Нет	Может быть затронуто	Нет

Основные термины изоляции

Учитывая всю вышеизложенную информацию, кажется очевидным, что наши измерительные системы должны иметь изолированные аналоговые входы.Но когда вы просматриваете спецификации изоляции различных систем измерения и формирователей сигналов, вы можете обнаружить, что они указаны с такими терминами, как « канал-земля » и « канал-канал ». Что означают эти термины и как они соотносятся друг с другом?

Изоляция канал-земля

Изоляция канал-земля определяет максимальное напряжение, которое может быть между входом канала и землей прибора. Обычно заземление инструмента связано с землей источника питания.Изолируя сигнальную землю от земли шасси, мы можем устранить большинство проблем с контуром заземления.

Изоляция канала и земли с дифференциальными усилителями SIRIUS

Иногда это также называют изоляцией входа-выхода. Все каналы имеют общую землю, которая изолирована от земли или потенциала земли прибора. Это не было бы ограничением, если бы к системе был подключен только один источник сигнала. Но когда подключаются дополнительные сигналы, каждый из которых имеет разность потенциалов земли, это может привести к шуму во всех сигналах и проблемам с общим режимом.

Если два или более канала имеют общую землю, то они гальванически не изолированы. Будьте осторожны, когда в приборе упоминается только изоляция входа-выхода или канала-земли.

Изоляция между каналами

Изоляция между каналами определяет максимальное напряжение, которое может быть между каналом и любым другим каналом. Например, каналы не могут использовать общую шину заземления. Каждый канал также должен быть изолирован от остальной системы, например источник питания системы, заземление корпуса и т. д.Если все каналы изолированы друг от друга, то они обязательно также изолированы от земли, поэтому изоляция канал-земля включена в межканальную изоляцию.

Изоляция каналов с изолированными усилителями SIRIUS

Итак, если в системе есть изоляция канал-земля, это не обязательно означает, что она имеет межканальную изоляцию. НО, если система имеет межканальную изоляцию , тогда она также должна иметь изоляцию канал-земля.

Системы

SIRIUS DAQ от Dewesoft обеспечивают изоляцию как между каналами, так и между каналами и землей, как показано в этом коротком видео:

Диэлектрическая прочность

Диэлектрическая прочность — это максимальный уровень напряжения, при котором изолирующий барьер может предотвратить прохождение сигнала. Различные изоляционные материалы имеют разную диэлектрическую прочность, измеряемую в Vrms / мкм. Сам воздушный зазор обычно рассчитан на 1 В среднеквадратичного значения / мкм, тогда как эпоксидные смолы могут быть в 20 раз лучше, а диоксид кремния, содержащийся во многих емкостных изоляционных барьерах, составляет примерно 500 В среднеквадратичного значения / мкм.Существуют и другие материалы, обычно используемые в барьерах, включая полиимиды, используемые в емкостных изоляторах, и эпоксидные формовочные компаунды с диоксидом кремния, которые часто встречаются в оптических изоляторах.

Изолированные системы сбора данных Dewesoft

Системы сбора данных SIRIUS

Высокоскоростные системы сбора данных SIRIUS доступны в широком спектре физических конфигураций:

Модульные слайсы SIRIUS: подключение к компьютеру через USB или EtherCAT
R3: система сбора данных для монтажа в 19-дюймовую стойку
R1 / R2: автономные системы сбора данных, которые включают в себя встроенный компьютер, дополнительный дисплей и батареи.
R4: автономные системы сбора данных, включающие встроенный компьютер.
R8: автономные системы сбора данных с большим количеством каналов, которые включают в себя встроенный компьютер, дополнительный дисплей и батареи.

Линейка продуктов SIRIUS DAQ

Если вы посмотрите на формирователи сигналов SIRIUS DualCore и SIRIUS HS (High-Speed) от Dewesoft, вы увидите, что все эти модули обеспечивают межканальное напряжение изоляции канал-земля, равное 1000 В .Усилители SIRIUS HD (High Density) изолированы ± 500 В, попарно.

Видео ниже демонстрирует изоляцию SIRIUS DAQ на практике в реальном сценарии:

В реальном мире сбора данных часто бывает больше, чем просто входные сигналы — формирователи сигналов часто обеспечивают напряжение или ток возбуждения для питания датчиков. Тензодатчики, RTD, LVDT и акселерометры IEPE — все это хорошие примеры датчиков, которым требуется питание.

Иногда производители систем сбора данных не замечают, что важно, чтобы эти линии возбуждения были изолированы, поэтому Dewesoft обеспечивает изоляцию и / или дифференциальные входы и защиту от перенапряжения с возможностью прямого замыкания на землю в своей линейке продуктов и защищает ее инструменты и люди-операторы из контуров заземления.

Системы сбора данных KRYPTON и KRYPTON ONE

KRYPTON — это линейка продуктов повышенной прочности, доступных от Dewesoft. KRYPTON способен выдерживать экстремальные температуры, удары и вибрацию и имеет класс защиты IP67, что позволяет защитить их от воды, пыли и т. Д. Они подключаются к любому компьютеру с Windows через EtherCAT и могут быть разделены на расстояние до 100 метров (328 футов), что позволяет размещать их рядом с источником сигнала. Как и SIRIUS, они используют самое мощное программное обеспечение сбора данных на рынке — DewesoftX.

Типичный многоканальный модуль KRYPTON с подключенными различными адаптерами DSI

Эти чрезвычайно надежные системы также доступны в одноканальных модулях под названием KRYPTON ONE . И многоканальные, и одноканальные модули KRYPTON обеспечивают одинаковый уровень производительности и экологической устойчивости.

Вверху слева: модуль KRYPTON ONE 1xTH-HV
Справа: модуль KRYPTON ONE 1xHV

С точки зрения изоляционных характеристик KRYPTON и KRYPTON-1 обеспечивают:

Многоканальные модули KRYPTON
	СТГ	ТН	РДТ	ACC	LV	LA	DIO
Тип	Напряжение / напряжение	Термопара	RTD	IEPE / Напряжение	Низкое напряжение	Низкий ток	Цифровой ввод / вывод
Напряжение изоляции	Дифференциал	1000 В, пик	1000 В, пик	Дифференциал	1000 В, пик	1000 В, пик	250 В
Межканальный		√	√		√	√	√
канал-земля		√	√		√	√	√

Одноканальные модули KRYPTON ONE
	АО	DI	DO	ACC	СТГ	LV	HV	TH-HV	CNT
Тип	Аналоговый Выход	Цифровой Вход	Цифровой Выход	IEPE Напряжение	Напряжение Напряжение	Низкое Напряжение	Высокое Напряжение	Температура	Счетчик Энкодер Цифровой
Напряжение изоляции	НЕТ	Galv.	Galv.	125 В среднекв.	125 В среднекв.	125 В среднекв.	1000 В CAT II 600 В CAT III	1000 В CAT II 600 В CAT III	НЕТ
Межканальный		√	√	√	√	√	√	√
канал-земля		√	√	√	√	√	√	√

В приведенной выше таблице Diff.означает Дифференциальный и Galv. относится к гальванической развязке.

Системы сбора данных IOLITE

IOLITE — это уникальный продукт, сочетающий основные возможности промышленной системы управления в реальном времени с мощной системой сбора данных. С IOLITE сотни аналоговых и цифровых каналов могут быть записаны на полной скорости, одновременно отправляя данные в реальном времени на любой мастер-контроллер EtherCAT стороннего производителя.

Слева: система для монтажа в стойку IOLITEr с 12 слотами для модулей ввода
Справа: настольная система IOLITEs с 8 слотами для модулей ввода

Что касается характеристик изоляции, IOLITE обеспечивает:

Модули многоканального ввода IOLITE
Модуль	СТГ	ТН	DI	DO	RTD	LV
Тип	Штамм / V	Термо	Dig Input	Dig Output	RTD	Низкое напряжение
Напряжение изоляции	Дифференциал	1000 В	1000 В	1000 В	1000 В	1000 В
Межканальный		√	√	√	√	√
канал-земля		√	√	√	√	√

Гальваническая развязка в приложениях EV и HEV

Распространение во всем мире электрических и гибридных электромобилей (электромобилей и гибридных электромобилей), которые должны выдерживать более высокие рабочие напряжения и токи, чем автомобили с бензиновым двигателем, подчеркивает важность гальванической развязки для автомобильной конструкции.Электрификация автомобиля потребовала использования мощных устройств, в частности аккумуляторов, инверторов и систем рекуперативного торможения, чье взаимодействие с цифровыми схемами управления требует принятия соответствующих методов гальванической развязки.

Короче говоря, гальваническая развязка означает электрическое разделение между двумя цепями, которое происходит, когда сопротивление изоляции, разделяющее их, бесконечно или очень велико: между двумя цепями отсутствует электрическое соединение.

Почему гальваническая развязка?

В электромобилях и HEV, когда заземления двух отдельных цепей имеют разные электрические потенциалы, необходима гальваническая развязка для предотвращения срабатывания опасных контуров заземления, которые могут создавать шум, который может поставить под угрозу безопасность транспортного средства. Токи, протекающие в этих типах транспортных средств, могут быть смертельными для человека, поэтому важно обеспечить высочайшую степень безопасности.

Платформы EV и HEV обычно используют шину питания 48 В и оснащены высоковольтными батареями с высокой плотностью энергии, которые можно заряжать за очень короткое время.Первой мощной схемой, встречающейся в электромобиле или HEV, является бортовое зарядное устройство (OBC), используемое для подзарядки литий-ионных (литий-ионных) аккумуляторов. Зарядное устройство включает аналого-цифровой преобразователь (АЦП), оборудованный схемой коррекции коэффициента мощности (PFC), и контролируется системой управления батареями (BMS). BMS выполняет задачу безопасного и эффективного управления процессами заряда и разряда аккумуляторных элементов, отслеживая их состояние.

Электрическая или гальваническая развязка — это состояние, при котором не происходит циркуляции постоянного тока между двумя точками с разным электрическим потенциалом.Точнее, невозможно перемещать носители заряда из одной точки в другую, в то время как электрическая энергия (или сигнал) все еще может быть обменена другими физическими явлениями, такими как электромагнитная индукция, емкостная связь или свет. Это условие эквивалентно бесконечному электрическому сопротивлению между двумя точками, даже если на практике достаточно сопротивления порядка 100 МОм.

Второе устройство питания — это преобразователь постоянного тока в постоянный, способный преобразовывать и снижать напряжение, подаваемое батареями, до значения 12 В, обычно используемого дополнительными устройствами.Также имеется один или несколько вспомогательных инверторов для управления компрессором системы кондиционирования воздуха, водяным насосом, вентиляторами и другими вспомогательными системами. Наконец, есть главный инвертор, используемый для приведения в действие электродвигателя и управления энергией, производимой рекуперативным торможением для подзарядки аккумуляторов. На все эти цепи действуют токи большой силы (десятки ампер и более) с пиковыми напряжениями, которые могут превышать 400 В.

Кроме того, схемы, которые включают в себя логическую часть (например, OBC), должны взаимодействовать с маломощными коммуникационными шинами, обычно используемыми в автомобильных приложениях, таких как Controller Area Network (CAN), Local Interconnect Network (LIN) и FlexRay.В этих случаях гальваническая развязка выполняет двойную функцию: обеспечение электробезопасности транспортного средства и защита бортовых электронных схем малой мощности от опасных уровней напряжения и тока.

Продукты гальванической развязки, которые могут применяться в электрических и гибридных транспортных средствах, включают изолирующие трансформаторы, оптопары (также называемые оптопарами), полупроводниковые изоляторы на основе конденсаторов и полупроводниковые изоляторы на основе трансформаторов. Изолирующие трансформаторы используют электромагнитное поле для передачи информации с одной стороны изолирующего барьера на другую.В оптопарах обычно используются светодиод и фотодиод для передачи информации в виде оптического сигнала. Чтобы получить высокую степень изоляции, между светодиодом и фотодиодом вставляется диэлектрическая лента, позволяющая устройству выдерживать очень высокие напряжения.

В изоляции на основе полупроводников в качестве изолирующего элемента используется пара дифференциальных конденсаторов или трансформатор на основе микроэлектромеханической системы (MEMS). Изоляторы на основе полупроводников имеют множество преимуществ перед оптопарами, включая большую долговечность, лучшую стабильность во времени и температуре, лучшую помехозащищенность и более высокую скорость переключения.Изоляция на основе полупроводников особенно подходит для автомобильного сектора. Использование компонентов на основе материалов с широкой запрещенной зоной (таких как нитрид галлия и карбид кремния) в автомобильных платформах требует систем изоляции, которые могут работать при более высоких температурах и выдерживать электрические помехи, возникающие при высоких частотах переключения.

В высоковольтных устройствах сопротивление изоляции является важным элементом, определяющим, можно ли безопасно эксплуатировать систему.Сопротивление изоляции необходимо периодически измерять, поскольку оно подвержено преждевременной деградации из-за высокого электрического напряжения и термической нагрузки. Следовательно, важно, чтобы система включала функцию измерения сопротивления изоляции для отслеживания деградации и принятия превентивных мер до возникновения неисправности.

Рис. 1. Блок-схема решения NXP для управления двигателем EV / HEV с инвертором мощности (Изображение: NXP Semiconductors)

Продукты

NXP Semiconductors с помощью своей эталонной платформы управления силовыми инверторами HEV / EV для автомобилей предлагает комплексное решение для тяговых двигателей электромобилей и преобразователей постоянного / постоянного тока.Эталонная платформа, типичное применение которой показано на рис. 1, включает до четырех плат на основе многоядерных 32-битных микроконтроллеров, расширенную программную библиотеку управления двигателем и межкомпонентные кабели. Эталонная конструкция может эффективно управлять трехфазным двигателем мощностью 100 кВт от источника питания 400 В со встроенной гальванической развязкой сигналов в драйверах затвора на биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT).

Одно- и двухканальные автомобильные драйверы IGBT

Infineon EiceDRIVER обеспечивают гальваническую развязку и двунаправленную передачу сигнала.По словам Infineon, эти продукты идеально подходят для основных инверторных систем в автомобильной промышленности, в которых эффективность, экономия места и функции мониторинга являются обязательными требованиями. EiceDRIVER обеспечивает стабильную работу в жестких условиях электромагнитной совместимости и управляет IGBT на 100/1200 В со встроенным выходным каскадом 2 А. Обнаружение напряжения насыщения коллектор-эмиттер (VCE (sat)) и активные клещи Миллера дополняют структуру этого семейства ИС драйвера IGBT.

2ED020I12FA EVALKIT компании

Infineon, показанная на рис. 2, представляет собой оценочную плату для двухканального изолированного драйвера IGBT 2ED020I12FA для IGBT на 600/1200 В.Плата позволяет дизайнерам ускорить этап разработки важных автомобильных проектов, оценивая функциональные возможности, предлагаемые семейством устройств EiceDRIVER.

Рисунок 2: Оценочный комплект 2ED020I12FA (Изображение: Infineon)

Гальваническая развязка преследует две основные цели: функциональность и безопасность. С функциональной точки зрения это позволяет схемам передачи сигналов (ведущим) работать отдельно от схем сбора (ведомых), тем самым обеспечивая независимые источники опорного напряжения и предотвращая образование контуров заземления, генерирующих шум.С точки зрения безопасности он защищает цепи и людей от высоких напряжений между входными и выходными цепями, которые могут возникнуть в результате сбоев или перенапряжений атмосферного происхождения. Очевидно, что гальваническая развязка является критическим аспектом конструкции HEV / EV. ■

Следите за охватом EE Times Europe’s Power Management

Маурицио работал в области исследований гравитационных волн и в проектах космических исследований в качестве инженера-конструктора.Иногда он задается вопросом, не присылал ли нам кто-то там сообщения, которые мы не получили или не смогли расшифровать. Маурицио — инженер-электронщик и имеет докторскую степень. по физике. Маурицио любит писать и рассказывать истории о технологиях и электронике. Его основные интересы — энергетика, автомобилестроение, Интернет вещей, цифровые технологии. Маурицио в настоящее время является главным редактором Power Electronics News и европейским корреспондентом EE Times. Он также наблюдает за обсуждениями на EEWeb.com. Он написал различные технические и научные статьи, а также пару книг для Springer по сбору энергии, а также по сбору данных и системе управления.

Продолжить чтение

Типы, различия и их применение

Метод изоляции используется при разработке электронного изделия, в котором используются большие рабочие напряжения и сигналы, чтобы избежать взаимного влияния одного сигнала на другой. Изоляция играет ключевую роль в обеспечении безопасности, так как позволяет избежать неисправностей, связанных с выпускаемой в промышленности продукцией. Как правило, изоляция также называется гальванической изоляцией.Как следует из названия, гальваника означает поток тока, генерируемый каким-то химическим действием, и когда мы изолируем ток путем размыкания контакта проводника, это называется гальванической изоляцией.

Что такое гальваническая развязка?

Определение: Гальваническая развязка используется для разделения входных и выходных источников питания устройства, чтобы обеспечить прохождение тока через поле или через электрические соединения. Это позволяет передавать мощность между двумя цепями, которые не должны быть связаны.Основная причина создания изоляции — это защита от сбоев в продуктах промышленного уровня и когда требуется проводная связь между двумя устройствами, однако каждое устройство контролирует свою мощность.

Гальваническая развязка

Используется в электронном оборудовании для устранения искажений без каких-либо проблем. В этом методе можно наблюдать и устранять окончательное замыкание на землю до того, как оно приблизится к неисправности системы. Такая изоляция может снизить риски безопасности при работе с системами.

Как работает гальваническая развязка?

Гальваническая развязка разделяет две электрические цепи, в которых нет потока электронов. Эта изоляция может выполнять физическое разделение между вводом и выводом. Добавив эту изоляцию между двумя системами, он может устранить все проблемы, связанные с перенапряжениями и заземлением. Прежде чем добавить изоляцию, две системы будут разделять две земли из-за угрозы протекания тока между ними, однако из этого у нас есть две полностью замкнутые системы заземления, исключающие протекание тока между ними.Эта изоляция разбивает полосу земли с помощью воздушных зазоров, оптических устройств или трансформаторов. Эта изоляция позволяет передавать данные между двумя системами, но не через электрический ток.

Типы гальванической развязки

Существуют различные типы методов изоляции, и выбор правильной техники в основном зависит от типа изоляции, выдерживаемой способности, потребностей приложения и фактора стоимости.

Методы изоляции сигналов

Методы изоляции сигналов включают оптоизоляторы и датчик Холла

Оптоизоляторы

Оптоизолятор используется всякий раз, когда сигнал является обязательным для прохождения между двумя потенциалами земли. Это светочувствительный транзистор. для активации, когда активизируется внутренний светодиод.Свет, излучаемый этим диодом, является сигнальной полосой и не нарушает изоляционную стену между потенциалами земли.

Датчик эффекта Холла

Датчики эффекта Холла позволяют индуктору передавать информацию через небольшой промежуток магнитным способом. В отличие от оптоизоляторов, они не включают источник света с фиксированным сроком службы и по сравнению с подходом на основе трансформатора, они не нуждаются в балансировке постоянного тока.

Методы силовой развязки

Методы силовой развязки включают трансформатор и конденсаторы

Трансформатор

Гальваническая развязка в трансформаторе — наиболее часто используемый тип изоляции.Трансформаторы имеют огромное применение, наиболее часто используемым является повышение и понижение напряжения. В трансформаторе нет никаких соединений между двумя обмотками, а именно первичной и вторичной, однако он может понижать напряжение от высокого до низкого переменного напряжения без потери гальванической развязки.

Конденсаторы

Основная функция конденсатора — пропускать переменный ток и блокировать постоянный ток. Эти компоненты подключают сигналы переменного тока с разными напряжениями между двумя цепями.В зависимости от условий он может быть поврежден из-за короткого замыкания. Основная цель создания этой изоляции — предотвратить возникновение неисправности от источника тока.

Гальваническая развязка в ИБП

Некоторые источники бесперебойного питания предлагают гальваническую развязку, но большинство сетевых устройств не обеспечивают такой развязки. Например, Unison, Exide — это онлайн-модели, поэтому они не предлагают эту изоляцию, тогда как последовательность включения режима ожидания от Oneac предлагает эту изоляцию.Итак, изоляция — это не разновидность функции ИБП, а вполне характеристика, которую можно придать любому ИБП.

Гальваническая развязка по сравнению с электрической изоляцией

Разница между гальванической изоляцией и гальванической развязкой заключается в следующем.

Гальваническая развязка	Электрическая изоляция
Этот тип изоляции разделяет две электрические цепи для устранения паразитных токов	Электроизоляция используется для контроля коррозии	Это используется там, где две другие цепи должны соединиться, однако их клеммы заземления могут иметь разные потенциалы.	Эта изоляция предотвращает прохождение опасных напряжений при возникновении неисправности, в противном случае происходит сбой компонентов и прекращается повреждение.
Используется в генераторах энергии, контроллерах двигателей, системах распределения, измерительных системах, логических устройствах ввода / вывода и т. Д.	Используется в сварочных аппаратах, поскольку существует вероятность поражения электрическим током при прикосновении к проводу или горячему компоненту. внутри сварщика.

Применения

Применения гальванической развязки включают следующее.

Гальваническая развязка — чрезвычайно важный параметр, и его применение огромно.Он используется в промышленности, производстве товаров народного потребления, медицине и в сфере связи.
В электронной промышленности этот вид изоляции используется для генераторов электроэнергии, измерительных систем, систем распределения, логических устройств ввода / вывода и контроллеров двигателей.
В области медицины это один из основных приоритетов, используемых в медицинском оборудовании, которое может быть подключено напрямую через тела пациентов, например, дефибрилляторы, эндоскопы, ЭКГ и различные типы устройств визуализации.
Используются в системах связи на уровне потребителя. Примерами являются маршрутизаторы, Ethernet, коммутаторы и многие другие. Стандартные потребительские товары, такие как SMPS, зарядные устройства, материнские платы компьютеров, являются наиболее часто используемыми устройствами с гальванической развязкой.

Часто задаваемые вопросы

1). Что такое изоляция?

Изоляция используется для предотвращения повреждения электрической цепи, когда она находится в неисправном состоянии.

2). Какие бывают виды гальванической развязки?

Это сигнал, уровень мощности и конденсаторы как изолятор

3).Какова функция изоляции сигнала?

Он используется, когда две разные по природе схемы взаимодействуют друг с другом с помощью какого-либо сигнала.

4). Какова функция изоляции уровня мощности?

Эти типы изоляции необходимы для отделения маломощных устройств от мощных громких линий.

5). Каковы практические примеры гальванической развязки?

Это IC MAX14852 или MAX14854

Таким образом, это все об обзоре гальванической развязки, типов и их приложений.Вот вам вопрос, что такое гальваническая развязка в ПЛК?

Описание гальванического изолятора

Объяснение гальванического изолятора

ПРИМЕЧАНИЕ. В последних рекомендациях по электромонтажу на лодке может быть указано, что имеющиеся в продаже гальванические изоляторы должны быть сконструированы с включенной индикаторной и испытательной электроникой. Эта статья не рассматривает эти устройства, но ссылается на миллионы устройств, установленных до этих изменений.

Цель состоит в том, чтобы отключить влажные металлические детали от док-станции, чтобы предотвратить электролиз. Проблема, однако, в том, что вам нужно их соединить вместе, чтобы в случае короткого замыкания на лодке это не оживило лодку при напряжении 120 вольт или хуже, что может сильно поднять вам настроение, когда вы сойдете с алюминиевого дока. !!

Гальванический изолятор основан на том факте, что напряжение электролиза довольно низкое — обычно менее одного вольта — тогда как напряжения электрического сбоя довольно высоки.Кремниевые диоды, которые используются для проведения электричества в одном направлении, но блокируют его в обратном направлении, имеют встроенное прямое падение напряжения около 0,6 вольт. Это не похоже на падение напряжения на резисторе — ток не должен течь, чтобы создать падение — поэтому ниже 0,6 вольт он отключается, а выше он проводит с очень небольшим сопротивлением току.

Поскольку мы не знаем полярности напряжения повреждения, и если это повреждение переменного тока, оно будет протекать в обоих направлениях, два диода размещены параллельно, указывая в противоположных направлениях, поэтому всегда есть один доступный для проведения, но при низкое напряжение, оба выключены, и электролитический ток не может течь.

Поскольку некоторые электролитические напряжения превышают 0,6 В, хороший гальванический изолятор должен иметь два диода, включенных последовательно в каждом направлении, чтобы обеспечить изоляцию на 1,2 В. Некоторые также добавляют конденсатор для увеличения способности проводить переменный ток, однако я лично считаю, что это ошибка, поскольку он позволяет протекать переменным токам низкого уровня и вызывать активность электролитического типа, даже если это не настоящий электролиз. Это может привести к удалению краски с фитинга и образованию пузырьков хлора, которые повреждают окружающую противообрастающую краску.

Диоды должны иметь достаточную мощность, чтобы сработать автоматический выключатель берегового питания в случае короткого замыкания на вашем судне. Для этого может потребоваться мощность более 100 ампер. Гальванические изолирующие диоды рассчитаны на то, чтобы пропускать этот ток в течение очень короткого времени — достаточно долго, чтобы сработать автоматический выключатель, плюс запас прочности — но они не могут выдерживать его очень долго без перегрева. Они должны выдерживать номинальный ток берегового питания неограниченно долго.

НУЖЕН ЛИ МОЙ ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ИЗОЛЯТОР КОНДЕНСАТОР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА?

ТЕСТИРОВАНИЕ

Есть два пути выхода из строя гальванического изолятора: либо закорочены диоды, либо они разомкнуты.Вы можете проверить их с помощью цифрового вольтметра, который может считывать положительные и отрицательные напряжения. В любое время, когда вольтметр находится в диапазоне постоянного тока, поместите его через сторону берегового источника питания на сторону катера изолятора. Всегда должно быть некоторое остаточное электролитическое напряжение (если вас не тащат), поэтому счетчик должен показывать что-то менее одного вольта. Если он всегда показывает ноль, диоды закорочены. Если он показывает более 1,2 В, диоды разомкнуты. Переключитесь на переменное напряжение и проверьте еще раз, поскольку, если переменный ток течет, настройки счетчика постоянного тока могут не показывать никакой активности.

Ссылка на легко читаемое введение в электролиз и на то, как устранить проблемы с подключением к берегу, если у вас возникли проблемы.

ЧТО ОЗНАЧАЕТ ФАКТИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ?

Различные металлы, контактирующие с морской водой во всей системе (лодка, док, сосед и т. Д.), Вызывают множество потенциалов напряжения. Если ток не течет, напряжение будет выше. Если вы позволите протекать большему току, напряжение будет ниже, так же как батарея фонарика будет считывать более низкое напряжение, когда лампа включена — так что вы можете утверждать, что более высокое напряжение лучше, чем более низкое, поскольку они указывают на то, что электролитические токи не протекают. .

На нашей стальной лодке, с хорошей покраской для изоляции стали от морской воды и отсутствием тока, протекающего от цинкования к корпусу, напряжение на лодке примерно на 0,8 вольт выше водяного. По мере ухудшения окраски или изнашивания цинка напряжение будет падать.

В сложной системе фактическое напряжение, которое вы могли бы измерить на гальваническом изоляторе, дает очень мало информации о том, что происходит с электролизом.

Соответствует всем спецификациям ABYC, за исключением дисплея удаленного монитора.

Гальваническая развязка для датчиков Интернета вещей

Рост разнообразных новых приложений IoT поставил многих разработчиков перед проблемой обеспечения гальванической (омической) развязки между датчиком и остальной электроникой. Эта изоляция имеет решающее значение для целостности сигнала, защиты системы и безопасности пользователя, но разработчикам приходится выбирать из трех основных технологий изоляции: магнитных, оптических и емкостных барьеров.

Каждый из этих вариантов имеет схожие рабочие характеристики, но имеют небольшие различия, которые дизайнеры должны оценить, прежде чем выбирать между ними.С этой целью в этой статье мы обсудим роль изоляции в датчиках, прежде чем представить различные варианты, их различные характеристики и способы их применения.

Он также представит цифровую изоляцию и предоставит дополнительные примеры цифровых изоляторов.

Основы изоляции

Когда датчик или подсхема датчика «изолированы», нет электрического пути между ним и остальной частью схемы, и базовое измерение с использованием омметра не покажет отсутствие протекания тока между двумя секциями (Рисунок 1).Вследствие этого барьера проблема состоит в том, чтобы передать сигнал от изолированной подсхемы к остальной части системы. Во многих случаях возникает дополнительная проблема: подавать питание на изолированную подсхему без «обходного пути» через подсистему питания, который сводит на нет любую изоляцию.

Рис. 1: В изолированной системе нет пути тока между незаземленным датчиком и системой (которая может быть заземлена), но энергия, несущая информацию определенного типа, должна передаваться с одной стороны на другую.(Источник изображения: Digi-Key, на основе оригинального материала на www.ee.co.za)

Причины изоляции включают:

Датчик является «плавающим» и не должен иметь никакого соединения с «землей» системы («общая» система — более точный термин, но «земля» здесь обычно используется неверно).
Даже если система работает от батареи и поэтому не имеет соединения с «землей переменного тока», выход датчика может быть, если он находится поверх высокого синфазного напряжения (CMV). Этот CMV повредит остальную электронику.Например, напряжение одного элемента батареи, который находится наверху последовательного стека.
Датчик может случайно подключиться к источнику высокого напряжения или даже к сети переменного тока. Это не только повредит электронику, но и подвергнет опасности пользователей.

К счастью, существуют жизнеспособные варианты реализации изоляции аналоговых датчиков, которые обеспечивают изоляцию как низкого, так и высокого уровня, от десятков до тысяч вольт. Последнее необходимо в приложениях массового потребления, таких как электромобили / тяжелые двигатели, и часто для выполнения нормативных требований по безопасности.В трех наиболее распространенных методах обеспечения изоляции используются магнитные, оптические и емкостные методы, каждый из которых рассчитан на напряжение> 1000 В и выше.

Эти методы имеют существенное перекрытие по своим основным характеристикам производительности, но также и некоторые различия. Решение о том, какой из них наиболее подходит для приложения, часто бывает трудным.

Среди факторов, которые следует учитывать, — полоса пропускания, размер и занимаемая площадь, стоимость, рейтинг изоляции (вольт), рейтинг долговечности и личный «комфорт».«Правильный баланс рабочих параметров зависит от области применения. Например, для мониторинга батареи не требуется быстрого отклика, в отличие от высокоскоростного тестового датчика.

Магнитная изоляция: отправная точка

Магнитная изоляция использует трансформатор и является самой старой технологией; многие годы это была единственная техника. Изолирующий трансформатор обычно имеет соотношение витков 1: 1 и может быть довольно маленьким, так как он передает сигналы, а не мощность, а рассеивание довольно низкое.

Поскольку трансформатор не может пропускать постоянный ток и не может хорошо обрабатывать очень низкие частоты (если у него нет большого сердечника), сигнал, который необходимо изолировать, нельзя подавать непосредственно на первичную (входную) сторону. Вместо этого сигнал датчика при необходимости усиливается, а затем используется для модуляции несущей на гораздо более высокой частоте (амплитудная модуляция) или используется для широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

На выходной (вторичной) стороне сигнал демодулируется с использованием обычных методов для извлечения и восстановления исходного сигнала.Изолированное питание должно подаваться на первичную сторону, поэтому обычно имеется отдельный, выделенный, изолированный боковой источник питания, в то время как на выходной стороне используется системная шина.

Один из первых изолированных операционных усилителей прямого подключения — AD215 от Analog Devices (рис. 2). Его функциональность похожа на неизолированный операционный усилитель, но он предлагает изоляцию 1500 В (среднеквадратичное значение) и полосу пропускания 120 кГц. Он содержит модулятор сигнала, трансформатор и демодулятор сигнала, а также изолированный источник питания постоянного тока. Все они необходимы для обеспечения гальванической развязки, но при этом позволяют аналоговым сигналам проходить со стороны входа на сторону выхода.

Рис. 2. Внутри магнитного изолятора AD215 находятся модулятор сигнала, трансформатор и демодулятор сигнала, а также изолированный источник питания постоянного тока. (Источник изображения: Analog Devices)

Устройство имеет диапазон входа / выхода ± 10 В (В) с указанным диапазоном усиления от 1 В / В до 10 В / В и включает внутренний изолированный источник питания постоянного / постоянного тока для входного каскада, поэтому нет отдельных требуется поставка.

Хотя AD215 в первую очередь предназначен для использования в контуре обратной связи импульсных источников питания, он также может использоваться для мониторов напряжения, измерения тока двигателя и больших аккумуляторных систем, все из которых находятся в пределах полосы пропускания 400 кГц (рисунок 3).

Рис. 3: Хотя AD215 в первую очередь предназначен для использования в цепи обратной связи импульсных источников питания, он также может использоваться для мониторов напряжения, измерения тока двигателя и больших аккумуляторных систем. Показанный здесь AD210 является функционально идентичной версией AD215, но с упрощенными характеристиками; AD620 — это прецизионный инструментальный усилитель. (Источник изображения: Analog Devices)

В таких приложениях аналоговая изоляция часто требуется при измерении напряжения на измерительном резисторе двигателя для определения тока, протекающего через двигатель.Это необходимо, потому что измерительный резистор не привязан к земле, а вместо этого является «плавающим» и может иметь очень высокий потенциал по отношению к земле.

В этих более ранних устройствах с магнитной развязкой использовались дискретные трансформаторы, поэтому они были относительно большими и дорогими. В более новых конструкциях используются собственные версии плоских копланарных трансформаторов, совместимых с корпусом ИС. Например, изолированный усилитель ошибки ADuM3190 от Analog Devices размещен в 16-выводном корпусе QSOP, но обеспечивает 2.Класс изоляции 5 кВ. Его планарные трансформаторы расположены параллельно друг другу для максимальной передачи энергии (Рисунок 4).

Рис. 4. Изолированный усилитель ошибки ADuM3190 выглядит и работает как ИС, но содержит кремниевый кристалл и пару планарных трансформаторов, которые расположены параллельно друг другу для максимальной передачи энергии. (Источник изображения: Analog Devices)

Хотя он выглядит как стандартный операционный усилитель, на самом деле он принимает входной сигнал и использует его для генерации сигнала ШИМ, который проходит через планарный трансформатор.Этот ШИМ-сигнал демодулируется и фильтруется на вторичной стороне для генерации аналогового выходного сигнала. Таблица данных включает стандартные графики Боде операционного усилителя для фазы и запаса усиления (рисунок 5). Разработчики, использующие это устройство (или аналогичные устройства), могут рассчитывать на прохождение стандартной стабилизации контура усилителя и соответствующего моделирования и симуляции. Сюжеты Боде помогут.

Рис. 5. Несмотря на сложную изолированную внутреннюю архитектуру, ADuM3190 от Analog Devices представляется разработчику как обычный операционный усилитель.(Источник изображения: Analog Devices)

ADuM3190 рассчитан на рабочую температуру от –40 ° C до + 125 ° C, что является реальностью для некоторых целевых приложений. Обратите внимание, что, поскольку изолирующий элемент представляет собой просто намотанный провод, не существует механизма «износа» в общепринятом смысле, если только устройство не эксплуатируется за пределами его технических характеристик.

Однако все изоляционные материалы в конечном итоге разрушаются в течение достаточно длительного периода из-за напряжения напряжения, причем скорость деградации зависит от величины и типа формы волны напряжения, приложенной к барьеру напряжения.Для ADuM3190 производитель гарантирует 50-летний срок службы даже при максимальной номинальной биполярной форме волны переменного тока, что является более напряженным, чем униполярный переменный или постоянный ток той же величины.

Оптическая изоляция: новый вариант

Альтернативой магнитной изоляции является оптическая изоляция, которая концептуально проста: сторона входа управляет светодиодом, выход светодиода падает на фототранзистор, собранный вместе, а выход — ток фототранзистора (рисунок 6). Короткий оптический путь между светодиодом и фототранзистором внутри корпуса обеспечивает желаемую гальваническую развязку.

Рис. 6. Оптоизолятору требуются два активных элемента: светодиод для источника ИК-излучения и фототранзистор для преобразования полученных фотонов в электрический ток. Гальваническая развязка обеспечивается оптическим трактом внутри корпуса. (Источник изображения: Sunpower UK)

Как и в случае трансформаторной развязки, входной сигнал используется для модуляции тока светодиода в цифровом режиме с использованием ШИМ или других подходов. Семейство усилителей с оптической развязкой Broadcom (Avago) ACPL-C87B / C87A / C870 является хорошим примером устройств, которые можно использовать для измерения напряжения через резистор считывания тока (рисунок 7).

Рисунок 7: Оптоизоляторы в семействе Broadcom ACPL-C87B / C87A / C870 нацелены на более низкие уровни напряжения и используют сигма-дельта модуляцию с усилителем, стабилизированным прерывателем, для обеспечения точности, точности и согласованности. (Источник изображения: Broadcom)

Изоляторы

этого семейства имеют входной диапазон 2 В и высокое входное сопротивление 1 ГОм. Эти характеристики делают их подходящими для требований изолированного измерения напряжения в преобразователях мощности, включая моторные приводы и системы возобновляемых источников энергии.Устройства сочетают в себе технологию оптической связи, сигма-дельта (Σ-Δ) модуляцию, усилители, стабилизированные с помощью прерывателя, и дифференциальные выходы, чтобы обеспечить высокое подавление шума в режиме изоляции, низкое смещение, высокую точность и стабильность усиления. Все они размещены в растянутом корпусе SO-8 (SSO-8).

Благодаря своей полосе пропускания 100 кГц (рисунок 8) и высокой устойчивости к синфазным переходным процессам (15 кВ / мкс) устройства хорошо подходят для применения в преобразователях мощности. Такие переходные процессы обычны для моторных приводов.

Рис. 8. Используя свой внутренний метод сигма-дельта аналого-цифрового преобразования, семейство усилителей с оптической развязкой Broadcom ACPL-C87B / C87A / C870 легко достигает полосы пропускания 100 кГц с равномерной характеристикой вплоть до 100 кГц. (Источник изображения: Broadcom)

Емкостная изоляция: новейшая опция

Другой метод изоляции использует емкость и минимальное расстояние между «пластинами» конденсатора для изоляции. Этот метод стал осуществимым и рентабельным в последние годы благодаря достижениям в области ИС и технологий упаковки.Хорошим примером реализации является ISO124 Texas Instruments. Это прецизионный развязывающий усилитель с гальванической развязкой входной и выходной секций с помощью согласованных конденсаторов емкостью 1 пикофарад (пФ), встроенных в пластиковый корпус SOIC-16 (или SOIC-18) для поверхностного монтажа.

Как и другие аналоговые развязывающие усилители, его функциональная схема верхнего уровня проста (рисунок 9).

Рис. 9: Одним из часто используемых обозначений аналогового развязывающего усилителя является этот «разделенный» операционный усилитель, используемый в листе технических данных ISO124; это ясно показывает, что секции ввода и вывода имеют свои собственные, отдельные «заземления» (хотя «общее» было бы более правильным обозначением).(Источник изображения: Texas Instruments )

В то же время подробная блок-схема показывает сложность того, что находится внутри и невидимо для пользователя (рис. 10).

Рис. 10. Как и в случае устройств магнитной и оптической развязки, в стандарте ISO124 имеется значительное количество аналоговых и цифровых схем, обеспечивающих работу его уникальной емкостной развязки. (Источник изображения: Texas Instruments)

Входной сигнал ISO124 модулируется по рабочему циклу и передается через барьер в цифровом виде.Секция вывода принимает модулированный сигнал, преобразует его обратно в аналоговое напряжение и удаляет составляющую пульсаций, присущую демодуляции. Он обладает максимальной нелинейностью 0,010%, полосой сигнала 50 кГц и дрейфом 200 микровольт (мкВ) / ° C _OS и требует одного источника питания от ± 4,5 В до ± 18 В.

Как и в случае с неизолированными операционными усилителями, таблица данных содержит как табличные данные, так и графическую информацию о характеристиках синусоидальной волны и ступенчатой характеристики при различных условиях (рисунок 11).Потенциальным пользователям этих изолирующих устройств необходимо изучить данные и диаграммы, чтобы убедиться, что производительность устройства соизмерима с потребностями приложения.

Рис. 11. Из-за того, что аналоговые устройства ISO124 похожи на операционные усилители, разработчики должны уделять пристальное внимание множеству графиков и таблиц, включая стандартные графики синусоидальной и ступенчатой характеристики. (Источник изображения: Texas Instruments)

ISO124 хорошо подходит для низкоскоростных приложений, таких как изоляция сигнала от резистивного датчика температуры (RTD) и датчиков температуры термопары в токовой петле 4-20 мА на стороне приемника и преобразование его в напряжение (рис. 12).

Рис. 12: ISO124 используется для изоляции RTD, подключенного через стандартную токовую петлю 4-20 мА, а также преобразования этого токового сигнала в сигнал 0-5 В для совместимости с системой управления. (Источник изображения: Texas Instruments)

Применение

для измерения температуры часто требует, чтобы датчик был изолирован от остальной схемы системы из-за точки потенциально высокого напряжения, к которой он непосредственно прикреплен, например, к корпусу двигателя. Это напряжение затем используется системным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) для считывания или управления с обратной связью, оба из которых являются обычными промышленными ситуациями.

Принятие решения

Все три технологии изоляции аналоговых сигналов — магнитная, оптическая и емкостная — могут обеспечить отличные результаты при правильных условиях. Дилемма дизайнера тогда сводится к тому, как выбрать «лучший» вариант в данной ситуации.

Среди факторов, которые следует учитывать, — полоса пропускания, ожидаемый срок службы (время до отказа или износа), размер и требования к питанию. Каждая технология изоляции уравновешивает эти атрибуты и может предлагать определенные продукты с различными компромиссами в рамках семейства, что усложняет решение.

Что касается изоляции по напряжению, все три типа сертифицированы на напряжение не менее 1 кВ (некоторые — до 5 кВ и даже выше) и соответствуют соответствующим нормативным стандартам (IEEE, VDE, CIE, UL, CSA). Поэтому максимальное напряжение изоляции не является проблемой для большинства приложений IoT. Если это станет проблемой, доступны специальные изоляторы, сертифицированные для более высоких напряжений.

Есть несколько общих утверждений, которые можно сделать о каждой технологии изоляции, но для каждого утверждения есть исключения, и поставщики каждой технологии приводят эффективные и законные аргументы в пользу того, почему их подход лучше.Всего:

Магнитная изоляция имеет очень долгий срок службы, а ее пассивный барьер может выдерживать скачки и скачки напряжения, которые намного превышают номинальное постоянное напряжение. Однако из-за индуктивной связи через магнитные поля он может быть восприимчив к помехам от внешних магнитных полей. Некоторые из новейших разработок успешно сводят к минимуму эту проблему до такой степени, что устройства сертифицированы на предмет такой помехоустойчивости с помощью стандартных отраслевых тестов.

Оптическая изоляция обладает высокой устойчивостью к электрическим и магнитным помехам, но имеет умеренную скорость из-за скорости переключения светодиодов, более высокого рассеивания мощности и опасений по поводу износа светодиодов.Последняя проблема является наиболее серьезной, поскольку светодиоды действительно деградируют (затемняют) при нормальном использовании, с типичными периодами половинной яркости около десяти лет. Тем не менее, такие компании, как Broadcom / Avago, продвинули новейшие разработки в области светодиодных материалов и поэтому гарантированно будут соответствовать требованиям в течение двадцати лет, что часто бывает достаточно для данной ситуации.

Емкостная изоляция обладает высокой устойчивостью к магнитным помехам и по сравнению с оптической изоляцией может поддерживать более широкую полосу пропускания, поскольку нет светодиодов, которые нужно переключать.В действительности большинство приложений датчиков IoT работают с низкой пропускной способностью. Емкостная связь также предполагает использование электрических полей для передачи данных, поэтому она может быть восприимчивой к помехам от внешних электрических полей.

Аналоговая и цифровая развязка

До сих пор мы рассмотрели методы аналоговой изоляции для датчиков Интернета вещей (рисунок 13).

Рис. 13: В топологии аналоговой развязки сигнал датчика остается в виде аналоговой информации (независимо от того, что происходит внутри самого изолятора) до тех пор, пока не достигнет неизолированной стороны, где его можно преобразовать в цифровой формат для дальнейшего использования.(Источник изображения: National Instruments)

Однако существует фундаментальная архитектурная альтернатива: цифровая изоляция, при которой выходной сигнал аналогового датчика кондиционируется и оцифровывается на изолированной стороне, а затем цифровой выход пропускается через цифровой изолирующий барьер (рис. 14). .

Рис. 14. Альтернативный и часто привлекательный подход — оцифровать сигнал на изолированной стороне, а затем передать результат преобразования через цифровой изолирующий барьер.Это позволяет реализовать совершенно иную функцию изоляции по сравнению с аналоговой схемой развязки. (Источник изображения: National Instruments)

Как и в случае с аналоговой изоляцией, этот барьер может использовать любую из трех технологий, но их внутренняя конструкция оптимизирована специально для цифровых сигналов и обычно может поддерживать данные на скорости в десятки Мбит / с. Кроме того, для цифровой развязки появился новый вариант четвертой категории, в котором вместо модулированного (светодиодного) света используется модулированная РЧ несущая. Серия Si863x от Silicon Labs — хороший пример такого устройства (рисунок 15).

Рис. 15. Цифровые изоляторы серии Si863x от Silicon Labs используют модулированную ВЧ несущую вместо света для передачи сигнала при обеспечении изоляции. (Источник изображения: Silicon Labs)

Поскольку стоимость АЦП снизилась, а производители стандартизировали интерфейсы, такие как I ² C и LVDS, использование цифровой изоляции становится более привлекательным. Обратной стороной является то, что на изолированной стороне требуется больше схем. Это означает, что требуется более изолированное питание, что увеличивает стоимость и занимаемую площадь.

Тем не менее, успехи в области создания высокопроизводительных АЦП с низким энергопотреблением уменьшают эту проблему. Стандартные интерфейсные цифровые изоляторы, такие как ADUM1250 на 1 МГц для I ² C и ADN4651 на 600 Мбит / с для LVDS, оба от Analog Devices, упрощают эту альтернативу конструкции. В их многокристальном корпусе ИС также есть АЦП со встроенной изоляцией, такие как 16-битные Analog Devices AD7401A, которые делают весь процесс преобразования и изоляции прозрачным для пользователя.

Наконец, есть проблема многоканальной изоляции.В то время как многие приложения IoT имеют только один или два датчика, которые нуждаются в изоляции, другие могут иметь четыре, восемь или больше. В таких случаях отдельные аналоговые изоляторы в совокупности могут быть слишком большими, дорогими и потреблять много энергии,

Альтернативный подход — использовать многоканальный АЦП или одноканальное устройство с входным мультиплексором, все на изолированной стороне, с более высокой скоростью цифровой развязки для передачи результатов. Это может быть более энергоэффективным, пространственным и экономичным, чем простая изоляция каналов.

Заключение

Изоляция аналогового датчика — критическая проблема во многих приложениях Интернета вещей для целостности сигнала, безопасности системы и защиты пользователей.

Что такое гальваническая развязка и зачем она нужна

Принцип работы гальванической развязки

Схема простейшей гальванической развязки

Расширенная схема гальванической развязки с защитой

Автоматический выключатель

Лампа-баретер

Переключатель режимов

Индикация

Блок управления

Сборка устройства гальванической развязки

Преимущества использования гальванической развязки

Меры предосторожности при использовании

Заключение

Самодельная гальваническая развязка, в простонародии – грозозащита / Хабр

Собираем модуль гальванической развязки своими руками

Гальваническая развязка: назначение и методы

Введение

Методы развязки по питанию

Трансформаторы

Конденсаторы

Методы изоляции сигналов

Оптоизоляторы

Датчик Холла

Заключение

Практический пример

Теги

Гальваническая развязка своими руками

Способы гальванической развязки. » Хабстаб

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

Модуль гальванической развязки для USB. Технический обзор и тест модуля гальванической развязки для USB

Гальваническая развязка: назначение и методики

Введение

Методы изоляции питания

Трансформаторы

Конденсаторы

Методы изоляции сигналов

Оптоизоляторы

Датчик эффекта Холла

Заключение

Практический пример:

Методы гальванической развязки для систем электромобилей

Цепи высокого напряжения в электромобилях

Внутри OBC и BMS

Изоляция в системах тяговых электродвигателей

Гальваническая развязка в системах сбора данных

Что такое электрическая изоляция?

Зачем нужна изоляция?

Когда необходима изоляция?

Проблемы с синфазным напряжением и решение

Что такое коэффициент подавления синфазного напряжения — CMRR

Проблемы контура заземления и решение

Изоляционные домены

Изоляция аналогового домена

Изоляция цифрового домена

Три основных метода изоляции

Оптическая изоляция

Индуктивная развязка

Емкостная изоляция

Сравнение методов изоляции

Основные термины изоляции

Изоляция канал-земля

Изоляция между каналами

Диэлектрическая прочность

Изолированные системы сбора данных Dewesoft

Системы сбора данных SIRIUS

Системы сбора данных KRYPTON и KRYPTON ONE

Системы сбора данных IOLITE

Гальваническая развязка в приложениях EV и HEV

Почему гальваническая развязка?

Продукты

Продолжить чтение

Типы, различия и их применение

Что такое гальваническая развязка?

Как работает гальваническая развязка?

Типы гальванической развязки

Методы изоляции сигналов

Методы силовой развязки

Гальваническая развязка в ИБП

Гальваническая развязка по сравнению с электрической изоляцией

Применения