De la alte circuite dintr-un dispozitiv se numește izolare galvanică sau izolare. Cu ajutorul unei astfel de izolații, un semnal sau energie este transferată de la un circuit electric la altul, fără contact direct între circuite.

Izolarea galvanică face posibilă asigurarea independenței circuitului de semnal, deoarece un circuit de curent independent al circuitului de semnal este format din alte circuite, în circuitele de feedback și în timpul măsurătorilor. Pentru compatibilitatea electromagnetică, izolarea galvanică este soluția optimă, pe măsură ce acuratețea măsurătorilor crește și protecția împotriva interferențelor.

Principiul de funcționare

Pentru a înțelege principiul de funcționare a izolației galvanice, să luăm în considerare modul în care este implementat în proiectare.

Înfășurarea primară este izolată electric de înfășurarea secundară. Nu există niciun contact între ele și nu apare nici un curent, cu excepția cazului în care, desigur, numărați modul de urgență cu o defecțiune a izolației sau un scurtcircuit de viraj. Cu toate acestea, diferența de potențial în bobine poate fi semnificativă.

feluri

O astfel de izolație a circuitelor electrice este asigurată prin diferite metode folosind tot felul de elemente și piese electronice. De exemplu, condensatoarele și optocuptoarele sunt capabile să transmită semnale electrice fără contact direct. Secțiuni ale circuitului interacționează prin flux luminos, câmp magnetic sau electrostatic. Să luăm în considerare principalele tipuri de izolație galvanică.

Decuplare inductivă

Pentru a construi un transformator (inductiv) izolare, este necesar să folosiți un element de inducție magnetic numit. Poate fi cu sau fără miez.

La decuplarea tipului de transformator se folosesc transformatoare cu un raport de transformare egal cu unitatea. Bobina primară a transformatorului este conectată la sursa de semnal, bobina secundară este conectată la receptor. Pentru a decupla circuitele folosind această schemă, pot fi utilizate dispozitive de modulație magnetică bazate pe transformatoare.

În acest caz, tensiunea de ieșire, care este disponibilă pe înfășurarea secundară a transformatorului, va depinde direct de tensiunea de la intrarea dispozitivului. Există o serie de dezavantaje serioase cu această metodă de decuplare inductivă:

• Dimensiuni de gabarit semnificative care nu permit fabricarea unui dispozitiv compact.
• Modularea în frecvență a izolației galvanice limitează frecvența de transmisie.
• Calitatea semnalului de ieșire este afectată de interferența semnalului purtător de intrare.
• Funcționarea izolației transformatorului este posibilă numai cu tensiune alternativă.

Izolare optoelectronica

Dezvoltarea tehnologiilor electronice și informaționale mărește în prezent posibilitatea de proiectare a unui schimb cu ajutorul nodurilor optoelectronice. Baza unor astfel de unități de decuplare sunt optocuplele (optocuplere), care sunt realizate pe baza și alte componente sensibile la lumină.

În partea optică a circuitului, care conectează receptorul și sursa de date, fotonii acționează ca purtători de semnal. Neutralitatea fotonilor face posibilă efectuarea decuplării electrice a circuitelor de ieșire și de intrare, precum și potrivirea circuitelor cu diferite rezistențe la ieșire și intrare.

În izolarea optoelectronică, receptorul nu influențează sursa semnalului, astfel încât este posibilă modularea semnalelor pe o gamă largă de frecvențe. Un avantaj important al perechilor optice este compactitatea lor, care permite utilizarea lor în microelectronică.

O pereche optică este formată dintr-un emițător de lumină, un mediu care conduce fluxul de lumină și un receptor de lumină care îl transformă într-un semnal de curent electric. Rezistența de ieșire și de intrare a optocuplerului este foarte mare și poate atinge câteva milioane de ohmi.

Principiul de funcționare al optocuplerului este destul de simplu. Un flux luminos iese din și este direcționat, care îl percepe și efectuează lucrări ulterioare în conformitate cu acest semnal luminos.

Mai detaliat, funcționarea optocuplerului este după cum urmează. Semnalul de intrare este trimis către un LED, care emite lumină printr-un ghid de lumină. Apoi, fluxul luminos este perceput de un fototranzistor, la ieșirea căruia se creează o picătură sau un impuls de curent electric. Ca urmare, se realizează izolarea galvanică a circuitelor, care sunt conectate pe de o parte la LED, iar pe de altă parte la fototranzistor.

Optocupler cu diodă

În această pereche, sursa de lumină este un LED. O astfel de pereche poate fi folosită în locul unei chei și poate funcționa cu semnale cu o frecvență de câteva zeci de MHz.

Când este necesar să se transmită un semnal, sursa furnizează energie LED-ului, rezultând emisia de lumină care lovește . Când este expusă la lumină, fotodioda se deschide și permite curentului să treacă prin ea.

Receptorul percepe aspectul curentului ca un semnal de operare. Dezavantajul optocuplelor cu diode este incapacitatea de a controla curenții mari fără elemente auxiliare. Un alt dezavantaj este eficiența lor scăzută.

Optocuplator tranzistor

Astfel de perechi optice au o sensibilitate crescută, spre deosebire de cele cu diode și, prin urmare, sunt mai economice. Dar viteza lor de reacție și cea mai mare frecvență de conectare sunt mai mici. Perechile optice de tranzistori au rezistență scăzută când sunt deschise și rezistență mare când sunt închise.

Curenții de control pentru perechea de tranzistori sunt mai mari decât curentul de ieșire al perechii de diode. Optocuptoarele cu tranzistori pot fi utilizate în diferite moduri:

• Fără ieșire de bază.
• Cu ieșire de bază.

Fără un cablu de bază, curentul colectorului va fi direct legat de curentul LED-ului, dar tranzistorul va avea un timp de răspuns lung, deoarece circuitul de bază este întotdeauna deschis.

În cazul unei ieșiri de bază, este posibilă creșterea vitezei de reacție prin conectarea unei rezistențe auxiliare între emițător și baza tranzistorului. Apare apoi un efect în care tranzistorul nu intră în conducție până când curentul diodei atinge valoarea necesară pentru a scădea tensiunea pe rezistență.

Această izolare galvanică are mai multe avantaje:

• Gamă largă de tensiuni de decuplare (până la 0,5 kV). Acest lucru joacă un rol important în proiectarea sistemelor de introducere a informațiilor.
• Izolarea galvanică poate funcționa la frecvențe înalte, ajungând la câteva zeci de MHz.
• Componentele unui astfel de circuit de schimb au dimensiuni generale mici.

În absența izolației galvanice, curentul maxim care trece între circuite poate fi limitat doar de mici rezistențe electrice. Ca urmare, aceasta duce la apariția unor curenți de egalizare care dăunează elementelor circuitului electric și lucrătorului care atinge accidental echipamente electrice neprotejate.

Seria de articole este formată din trei părți:

Interferența în circuite.

În timpul funcționării normale a unui dispozitiv electronic, pot apărea interferențe în circuit.

Interferența nu numai că poate interfera cu funcționarea normală a dispozitivului, dar poate duce și la eșecul complet al acestuia.

Orez. 1. Interferență în semnalul util.

Puteți vedea interferența pe ecranul osciloscopului incluzând-o în partea din circuitul studiat (Fig. 1). Durata interferenței poate fi fie foarte scurtă (câteva nanosecunde, așa-numitele „ace”), fie foarte lungă (câteva secunde). Forma și polaritatea interferenței variază, de asemenea.
Propagarea (trecerea) interferenței are loc nu numai de-a lungul conexiunilor de fir ale circuitului, ci uneori chiar și între părți ale circuitului care nu sunt conectate prin fire. În plus, interferențele se pot suprapune și se pot adăuga între ele. Astfel, o singură interferență slabă poate să nu provoace o defecțiune în circuitul dispozitivului, dar acumularea simultană a mai multor interferențe aleatorii slabe duce la funcționarea incorectă a dispozitivului. Acest fapt face căutarea și eliminarea interferențelor de multe ori mai dificile, deoarece capătă o natură și mai aleatorie.

Sursele de interferență pot fi împărțite aproximativ:

• Sursă externă de interferență. O sursă puternică de câmp electromagnetic sau electrostatic în apropierea dispozitivului poate cauza funcționarea defectuoasă a dispozitivului electronic. De exemplu, o descărcare de fulger, comutarea releului de curenți mari sau sudare electrică.
• Sursa internă de interferență. De exemplu, când porniți/opriți o sarcină reactivă (un motor electric sau un electromagnet) într-un dispozitiv, restul circuitului poate funcționa defectuos. Un algoritm de program incorect poate fi, de asemenea, o sursă de interferență internă.

Pentru a proteja împotriva interferențelor externe, structura sau părțile sale individuale sunt plasate într-un scut metalic sau electromagnetic și sunt utilizate, de asemenea, soluții de circuit cu mai puțină sensibilitate la interferențe externe. Utilizarea filtrelor, optimizarea algoritmului de funcționare, modificările în construcția întregului circuit și locația părților sale unele față de altele ajută la combaterea interferențelor interne.
Ceea ce este considerat foarte elegant nu este suprimarea fără discernământ a tuturor interferențelor, ci direcționarea deliberată a acestora către acele locuri din circuit în care se vor estompa fără a provoca rău. În unele cazuri, această cale este mult mai simplă, mai compactă și mai ieftină.

Evaluarea probabilității de interferență în circuite și a modalităților de prevenire a acestora nu este o sarcină simplă, care necesită cunoștințe teoretice și experiență practică. Dar, cu toate acestea, putem spune cu fermitate că probabilitatea de interferență crește:

• cu o creștere a curentului sau tensiunii comutate în circuit,
• cu creșterea sensibilității părților circuitului,
• cu o crestere a performantelor pieselor folosite.

Pentru a nu reface proiectul finit din cauza defecțiunilor frecvente, este mai bine să vă familiarizați cu posibilele surse și căi de interferență în etapa de proiectare a circuitului. Deoarece aproximativ jumătate din toate manifestările de interferență sunt asociate cu sursa de alimentare „proastă”, cel mai bine este să începeți să proiectați un dispozitiv alegând o metodă de alimentare a pieselor sale.

Interferențe în circuitele de alimentare.

Figura 2 prezintă o schemă bloc tipică a unui dispozitiv electronic, care constă dintr-o sursă de alimentare, circuit de control, driver și actuator.
Majoritatea celor mai simpli roboți din seria de pe acest site sunt construiți după această schemă.

Orez. 2. Alimentarea comună a pieselor de control și putere.

În astfel de circuite putem distinge condiționat două părți: control și putere. Partea de control consumă relativ puțin curent și conține orice circuite de control sau de calcul. Secțiunea de putere consumă mult mai mult curent și include un amplificator și o sarcină de terminare.
Să ne uităm la fiecare parte a circuitului mai detaliat.

Orez. 2 a.

Alimentare electrică(Fig. 2 a.) pot fi „baterii” sau o sursă de alimentare a transformatorului de rețea. Sursa de alimentare poate include, de asemenea, un stabilizator de tensiune și un filtru mic.

Orez. 2 b.

Circuit de control- aceasta face parte din circuit (Fig. 2 b.), unde orice informație este procesată în conformitate cu funcționarea algoritmului. Semnalele din surse externe, de exemplu, de la unii senzori, pot veni și aici. Circuitul de control în sine poate fi asamblat folosind microcontrolere sau alte microcircuite sau folosind elemente discrete.

Linii de comunicare pur și simplu conectează circuitul de control la dispozitivul șofer-executiv, adică acestea sunt doar cabluri sau piste pe o placă de circuit imprimat.

Orez. secolul al II-lea

Actuator(Fig. 2 c.) este adesea un mecanism care transformă un semnal electric în lucru mecanic, cum ar fi un motor electric sau un electromagnet. Adică, actuatorul transformă curentul electric într-o altă formă de energie și consumă de obicei un curent relativ mare.

Orez. 2 ani

Deoarece semnalul de la circuitul de control este foarte slab, deci driver sau amplificator(Fig. 2 d) este o parte integrantă a multor scheme. Driverul poate fi realizat, de exemplu, folosind doar un tranzistor sau un cip special, în funcție de tipul de actuator.


De regulă, principala sursă de interferență puternică este actuatorul. Interferența care apare aici, după ce a trecut prin șofer, se extinde mai departe de-a lungul magistralei de alimentare (Interferența din Fig. 2 este prezentată schematic printr-o săgeată portocalie). Și, deoarece circuitul de control este alimentat de la aceeași sursă de alimentare, există o mare probabilitate ca această interferență să-l afecteze și pe acesta. Adică, de exemplu, o interferență care apare în motor va trece prin șofer și poate duce la o defecțiune a circuitului de control.
În circuitele simple, este suficient să plasați un condensator mare de aproximativ 1000 μF și un condensator ceramic de 0,1 μF în paralel cu sursa de alimentare. Ele vor acționa ca un simplu filtru. În circuitele cu curenți de consum de aproximativ 1 amper sau mai mult, pentru a proteja împotriva interferențelor puternice de forme complexe, va trebui să instalați un filtru voluminos, complex, dar acest lucru nu ajută întotdeauna.
În multe circuite, cel mai simplu mod de a scăpa de efectele interferențelor este utilizarea surselor de alimentare separate pentru părțile de control și alimentare ale circuitului, adică utilizarea așa-numitelor alimentare separată.
Deși sursa de alimentare separată este folosită nu numai pentru combaterea interferențelor.

Mese separate.

În fig. Figura 3 prezintă o diagramă bloc a unui anumit dispozitiv. Acest circuit folosește două surse de alimentare. Partea de alimentare a circuitului este alimentată de la sursa de alimentare 1, iar circuitul de control este de la sursa de alimentare 2. Ambele surse de alimentare sunt conectate printr-unul dintre poli; acest fir este comun întregului circuit și semnalele sunt transmise în raport cu acesta de-a lungul liniei de comunicație.

Orez. 3. Alimentare separată pentru părțile de control și putere.

La prima vedere, un astfel de circuit cu două surse de alimentare pare greoi și complex. De fapt, astfel de circuite separate de alimentare cu energie sunt utilizate, de exemplu, în 95% din toate echipamentele de uz casnic. Surse de alimentare separate, există doar diferite înfășurări ale transformatoarelor cu tensiuni și curenți diferite. Acesta este un alt avantaj al circuitelor de alimentare separate: mai multe unități cu tensiuni de alimentare diferite pot fi utilizate într-un singur dispozitiv. De exemplu, utilizați 5 volți pentru controler și 10-15 volți pentru motor.
Dacă te uiți cu atenție la diagrama din fig. 3, se poate observa că interferențele din partea de alimentare nu au posibilitatea de a intra în partea de control prin linia de alimentare. În consecință, nevoia de a-l suprima sau filtra complet dispare.

Orez. 4. Alimentare separată cu stabilizator.

În structurile mobile, de exemplu, roboții mobili, datorită dimensiunii lor, nu este întotdeauna convenabil să folosiți două baterii. Prin urmare, o sursă de alimentare separată poate fi construită folosind un singur pachet de baterii. Circuitul de control va fi alimentat de la sursa principală de alimentare printr-un stabilizator cu un filtru de putere redusă, Fig. 4. În acest circuit, trebuie să țineți cont de căderea de tensiune pe stabilizatorul de tipul selectat. În mod obișnuit, este utilizat un pachet de baterii cu o tensiune mai mare decât tensiunea necesară pentru circuitul de control. În acest caz, funcționalitatea circuitului este menținută chiar și atunci când bateriile sunt parțial descărcate.

Orez. 5. L293 cu alimentare separată.

Multe cipuri driver sunt special concepute pentru a fi utilizate în circuite cu alimentare separată. De exemplu, binecunoscutul cip driver L293 ( Orez. 5) are o concluzie Vss- pentru alimentarea circuitului de control (Tensiune de alimentare logica) si iesire Vs- pentru a alimenta etapele finale ale driverului de alimentare (tensiune de alimentare sau tensiune de alimentare de ieșire).
În toate modelele de robot cu un microcontroler sau un cip logic din serie, L293 poate fi pornit cu un circuit de alimentare separat. În acest caz, tensiunea de alimentare (tensiunea pentru motoare) poate fi în intervalul de la 4,5 la 36 volți, iar tensiunea pe Vss poate fi furnizată la fel ca pentru alimentarea microcontrolerului sau a cipul logic (de obicei 5 volți).

Dacă sursa de alimentare a părții de control (microcontroller sau cip logic) are loc printr-un stabilizator, iar sursa de alimentare a părții de alimentare este preluată direct din acumulator, atunci acest lucru poate economisi semnificativ pierderile de energie. Deoarece stabilizatorul va alimenta doar circuitul de control și nu întreaga structură. Acest - Un alt avantaj al sursei de alimentare separate: economisirea energiei.

Dacă vă uitați din nou la diagrama din Figura 3, veți observa că, pe lângă firul comun (GND), secțiunea de putere este conectată și la circuitul de control prin linii de comunicație. În unele cazuri, aceste fire pot transporta și interferențe de la partea de alimentare în circuitul de control. În plus, aceste linii de comunicație sunt adesea foarte susceptibile la influențe electromagnetice („zgomot”). Puteți scăpa de aceste fenomene dăunătoare o dată pentru totdeauna folosind așa-numitele izolare galvanică.
Deși izolarea galvanică este, de asemenea, utilizată nu numai pentru combaterea interferențelor.

Izolarea galvanică.

La prima vedere, această definiție poate părea incredibilă!
Cum poate fi transmis un semnal fără contact electric?
De fapt, există chiar și două modalități care permit acest lucru.

Orez. 6.

Metoda de transmitere a semnalului optic pe baza fenomenului de fotosensibilitate a semiconductorilor. Pentru aceasta se folosește o pereche de un LED și un dispozitiv fotosensibil (fototranzistor, fotodiodă), Fig. 6.

Orez. 7.

Perechea LED-fotodetector este situată izolat într-o carcasă opusă una de cealaltă. Așa se numește acest detaliu. optocupler(nume străin optocoplicator), Fig. 7.
Dacă curentul este trecut prin LED-ul optocuplerului, rezistența fotodetectorului încorporat se va modifica. Acesta este modul în care are loc transmisia semnalului fără contact, deoarece LED-ul este complet izolat de fotodetector.
Fiecare linie de transmisie a semnalului necesită un optocupler separat. Frecvența semnalului transmis optic poate varia de la zero la câteva zeci până la sute de kiloherți.

Orez. 8.

Metoda de transmitere a semnalului inductiv se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică într-un transformator. Atunci când curentul se modifică într-una dintre înfășurările transformatorului, curentul în celelalte înfășurări ale acestuia se modifică. Astfel, semnalul este transmis de la prima înfăşurare la a doua (Fig. 8). Această legătură între înfășurări se mai numește și transformator, iar un transformator pentru izolare galvanică este uneori numit transformator de izolare.

Orez. 9.

Din punct de vedere structural, transformatoarele sunt de obicei realizate pe un miez inel de ferită, iar înfășurările conțin câteva zeci de spire de sârmă (Fig. 9). În ciuda complexității aparente a unui astfel de transformator, îl puteți realiza singur în câteva minute. Se vând și transformatoare de dimensiuni mici gata făcute pentru izolare galvanică.
Fiecare linie de transmisie a semnalului necesită un astfel de transformator separat. Frecvența semnalului transmis poate varia de la câteva zeci de herți până la sute de mii de megaherți.

În funcție de tipul de semnal transmis și de cerințele circuitului, puteți alege fie transformator, fie izolare galvanică optică. În circuitele cu izolație galvanică, convertoarele speciale sunt adesea instalate pe ambele părți pentru a se coordona (conecta, interfață) cu restul circuitului.

Să luăm acum în considerare diagrama bloc folosind izolarea galvanică între părțile de control și putere din Figura 10.

Orez. 10. Alimentare separată și izolarea galvanică a canalului de comunicație.

Din această diagramă se poate observa că orice interferență din partea de putere nu poate pătrunde în partea de control, deoarece nu există un contact electric între părțile circuitului.
Absența contactului electric între părțile circuitului în cazul izolației galvanice vă permite să controlați în siguranță actuatoarele cu putere de înaltă tensiune. De exemplu, un panou de control alimentat de câțiva volți poate fi izolat galvanic de o tensiune de rețea de fază de câteva sute de volți, ceea ce crește siguranța personalului de exploatare. Acesta este un avantaj important al circuitelor de izolare galvanică.

Circuitele de control cu ​​izolație galvanică pot fi găsite aproape întotdeauna în dispozitivele critice, precum și în sursele de alimentare cu impulsuri. Mai ales acolo unde există chiar și cea mai mică șansă de interferență. Dar chiar și în dispozitivele de amatori se utilizează izolarea galvanică. Deoarece o ușoară complicație a circuitului prin izolarea galvanică aduce încredere deplină în funcționarea neîntreruptă a dispozitivului.

Izolarea galvanică sau izolarea galvanică este principiul general de izolare electrică (galvanică) a circuitului electric în cauză în raport cu alte circuite electrice. Datorită izolației galvanice, este posibil să transferați energie sau un semnal de la un circuit electric la un alt circuit electric fără contact electric direct între ele.

Izolarea galvanică face posibilă asigurarea, în special, a independenței circuitului de semnal, deoarece un circuit de curent independent al circuitului de semnal este format în raport cu circuitele de curent ale altor circuite, de exemplu, circuitul de putere, în timpul măsurătorilor și în feedback. circuite. Această soluție este utilă pentru asigurarea compatibilității electromagnetice: imunitatea la zgomot și acuratețea măsurătorilor sunt crescute. Izolarea galvanică a intrării și ieșirii dispozitivelor îmbunătățește adesea compatibilitatea acestora cu alte dispozitive în medii electromagnetice dure.

Desigur, izolarea galvanică asigură și siguranță atunci când oamenii lucrează cu echipamente electrice. Aceasta este o măsură, iar izolarea unui anumit circuit trebuie întotdeauna luată în considerare împreună cu alte măsuri de siguranță electrică, cum ar fi împământarea de protecție și circuitele de limitare a tensiunii și curentului.

Pentru a asigura izolarea galvanică, pot fi utilizate diverse soluții tehnice:

izolare galvanică inductivă (transformator), care este utilizată în și pentru izolarea circuitelor digitale;

izolarea optică prin intermediul unui optocupler (optocupler) sau optorelay, a cărui utilizare este tipică pentru multe surse de alimentare cu comutație moderne;

izolație galvanică capacitivă, când semnalul este furnizat printr-un condensator de o capacitate foarte mică;

izolarea electromecanică prin, de exemplu, .

În prezent, două opțiuni pentru izolarea galvanică în circuite sunt foarte răspândite: transformator și optoelectronic.

Construcția izolației galvanice de tip transformator implică utilizarea unui element de inducție magnetică (transformator) cu sau fără miez, a cărui tensiune de ieșire îndepărtată din înfășurarea secundară este proporțională cu tensiunea de intrare a dispozitivului. Cu toate acestea, atunci când implementați această metodă, este important să luați în considerare următoarele dezavantaje:

semnalul de ieșire poate fi afectat de interferența generată de semnalul purtător;

modularea în frecvență a decuplatorului limitează frecvența de transmisie;

dimensiuni mari.

Dezvoltarea tehnologiei dispozitivelor semiconductoare în ultimii ani a extins posibilitățile de construire a unităților de decuplare optoelectronice bazate pe optocuple.

Principiul de funcționare al optocuplerului este simplu: LED-ul emite lumină, care este percepută de fototranzistor. Acesta este modul în care se realizează izolarea galvanică a circuitelor, dintre care unul este conectat la LED, iar celălalt la fototranzistor.

Această soluție are o serie de avantaje: o gamă largă de tensiuni de decuplare, de până la 500 de volți, ceea ce este important pentru construirea sistemelor de intrare a datelor, capacitatea de a opera decuplatoare cu semnale cu frecvențe de până la zeci de megaherți și dimensiuni reduse ale componentelor.

Dacă nu se utilizează izolarea galvanică, fluxul maxim de curent între circuite este limitat doar de rezistențe electrice relativ mici, ceea ce poate duce la fluxul de curenți de egalizare care pot provoca daune atât componentelor circuitului, cât și persoanelor care ating echipamentele neprotejate. Un dispozitiv de izolare limitează în mod specific transferul de energie de la un circuit la altul.

Pentru a comuta sarcinile în circuitele de curent alternativ, circuitele care utilizează tranzistoare puternice cu efect de câmp au început recent să fie din ce în ce mai utilizate. Această clasă de dispozitive este reprezentată de două grupuri. Primul grup include tranzistoare bipolare cu o poartă izolată - IGBT. Abrevierea vestică este IGBT.

Al doilea, cel mai numeros, include tranzistoarele tradiționale cu efect de câmp (canal). Acest grup include și tranzistoarele KP707 (a se vedea tabelul 1), pe care este asamblat comutatorul de sarcină pentru o rețea de 220 de volți.

Alimentarea CA primară este un lucru foarte periculos din toate punctele de vedere. Prin urmare, există multe soluții de circuite care evită gestionarea directă a sarcinilor de rețea. Anterior, transformatoarele de izolare erau folosite în aceste scopuri; acum au fost înlocuite cu o varietate de optocuple.

Comutator cu tranzistor cu izolare optică

Schema, care a devenit deja standard, este prezentată în Figura 1.


Acest circuit permite izolarea galvanică a circuitelor de control și a circuitului rețelei primare de 220 volți. Un optocupler TLP521 este utilizat ca element de decuplare. Puteți utiliza alte optocuptoare cu tranzistori importate sau autohtone. Schema este simplă și funcționează după cum urmează. Când tensiunea la bornele de intrare este zero, LED-ul optocuplerului nu se aprinde, tranzistorul optocuplerului este închis și nu ocolește poarta tranzistoarelor puternice de comutare. Astfel, la porțile lor există o tensiune de deschidere egală cu tensiunea de stabilizare a diodei zener VD1. În acest caz, tranzistoarele sunt deschise și funcționează pe rând, în funcție de polaritatea tensiunii la un moment dat. Să presupunem că există un plus la pinul de ieșire al circuitului 4 și un minus la borna 3. Apoi curentul de sarcină va curge de la borna 3 la borna 5, prin sarcină la borna 6, apoi prin dioda de protecție internă a tranzistorului VT2, prin tranzistorul deschis VT1 la borna 4. Când polaritatea tensiunii de alimentare se schimbă, sarcina curentul va curge prin dioda tranzistorului VT1 și tranzistorul deschis VT2. Elementele de circuit R3, R3, C1 și VD1 nu sunt altceva decât o sursă de alimentare fără transformator. Valoarea rezistorului R1 corespunde tensiunii de intrare de cinci volți și poate fi modificată dacă este necesar.

Întregul circuit este realizat sub forma unui bloc complet funcțional. Elementele circuitului sunt montate pe o placă mică de circuit imprimat în formă de U, prezentată în Figura 2.


Placa în sine este atașată cu un șurub pe o placă de aluminiu cu dimensiuni de 56x43x6 mm, care este radiatorul principal. Tranzistorii puternici VT1 și VT2 sunt, de asemenea, atașați de acesta prin pastă termoconductoare și distanțiere izolatoare de mică, folosind șuruburi cu bucșe. Găurile de colț sunt aliniate atât în ​​placă, cât și în placă și servesc, dacă este necesar, pentru atașarea unității la un alt radiator mai puternic.

Introducere

Izolarea galvanică (izolarea), denumită în mod obișnuit pur și simplu decuplare, este o metodă prin care părțile individuale ale unui sistem electric pot fi la potențial de masă diferit. Cele mai comune două motive pentru crearea decuplării sunt siguranța față de defecțiunile produselor de calitate industrială și în cazul în care este necesară comunicarea prin cablu între dispozitive, fiecare dintre ele având propria sa sursă de alimentare.

Metode de decuplare a puterii

Transformatoare

Cea mai comună formă de decuplare este utilizarea unui transformator. La proiectarea unui circuit de stabilizare a puterii în care este necesară decuplarea, partea izolatoare a proiectării este asociată cu necesitatea de a crește/scădea nivelul de tensiune și nu este considerată ca o parte separată a sistemului. În cazul în care este necesară izolarea întregului sistem electric (de exemplu, multe echipamente de testare auto necesită izolarea surselor de alimentare de la rețeaua de curent alternativ), un transformator 1:1 poate fi instalat în serie cu sistemul pentru a asigura necesarul. izolare.

Figura 1 - Sortiment de transformatoare SMD

Condensatoare

O metodă mai puțin obișnuită de creare a decuplării este utilizarea condensatoarelor în serie. Datorită capacității pentru semnalele de curent alternativ de a curge prin condensatori, această metodă poate fi o modalitate eficientă de a izola părțile unui sistem electric de rețeaua de curent alternativ. Această metodă este mai puțin fiabilă decât metoda transformatorului, deoarece dacă apare o defecțiune, transformatorul întrerupe circuitul și scurtcircuita condensatorul. Unul dintre scopurile creării izolației galvanice de la rețeaua de curent alternativ este de a se asigura că, în cazul unei defecțiuni, utilizatorul este protejat de o sursă de curent nelimitată funcțională.

Figura 2 - Exemplu de utilizare a condensatoarelor pentru a crea decuplarea

Metode de izolare a semnalului

Opto-izolatoare

Atunci când este necesar ca un semnal să treacă între două părți ale unui circuit la potențiale de masă diferite, o soluție populară este un optoizolator (optocupler). Opto-izolatorul este un fototranzistor care se deschide („se aprinde”) atunci când LED-ul intern este alimentat. Lumina emisă de LED-ul intern este calea semnalului și astfel izolarea dintre potențialele de masă nu este întreruptă.

Figura 3 - Diagrama unui optoizolator tipic

Senzor Hall

O altă metodă de transmitere a informațiilor între sistemele electrice cu potențiale de masă separate este utilizarea unui senzor bazat pe efectul Hall. Senzorul Hall detectează inducția în mod neinvaziv și nu necesită contact direct cu semnalul de interes și nu încalcă bariera izolatoare. Cea mai obișnuită utilizare a transmiterii informațiilor inductive prin circuite la potențiale diferite de masă este în senzorii de curent.

Figura 4 - Senzor de curent folosit pentru a măsura curentul printr-un conductor

Concluzie

Izolarea galvanică (izolarea) este separarea sistemelor/subsistemelor electrice care nu pot transporta curent continuu și pot avea potențiale de masă diferite. Izolarea poate fi împărțită în categorii principale: putere și semnal. Există mai multe modalități de a realiza decuplarea și, în funcție de cerințele proiectului, unele metode pot fi preferabile altora.

Studiu de caz

Figura 5 - Diagrama proiectului PoE (Power over Ethernet) bazată pe controlerul TPS23753PW

În diagrama de mai sus, mai multe transformatoare și un optoizolator sunt folosite pentru a crea o sursă de alimentare comutată, care este utilizată în dispozitivele Ethernet PD (Powered Device). Conectorul J2 are magneți interni care izolează întregul sistem de sursa PoE. T1 și U2 izolează sursa de alimentare (în stânga liniei roșii) de ieșirea reglată de 3,3 V (în dreapta liniei roșii).