Гальваническая развязка

Оптоизолятор — очень популярный метод изоляции в цифровых схемах.

Гальваническая развязка — это принцип изоляции функциональных частей электрических систем для предотвращения протекания тока; прямой путь проводимости не допускается. ^[1]^[2]

Энергия или информация по-прежнему могут обмениваться между секциями другими способами, такими как емкостная , индуктивная , радиационная , оптическая , акустическая или механическая связь.

Гальваническая развязка используется там, где две или более электрические цепи должны сообщаться, но их заземления могут иметь разные потенциалы . Это эффективный метод разрыва контуров заземления , предотвращающий протекание нежелательного тока между двумя устройствами, имеющими общий заземляющий проводник . Гальваническая развязка также используется в целях безопасности, предотвращая случайное поражение электрическим током .

Методы

Трансформатор

Трансформаторы, вероятно, являются наиболее распространенным средством гальванической развязки. Они почти повсеместно используются в источниках питания, поскольку представляют собой зрелую технологию, способную передавать значительную мощность. Они также используются для изоляции сигналов данных в Ethernet по витой паре . ^[3] Трансформаторы связываются магнитным потоком . За исключением автотрансформатора , первичная и вторичная обмотки трансформатора электрически не связаны друг с другом. Разница напряжений, которую можно безопасно приложить между обмотками без риска пробоя (напряжение изоляции), определяется киловольтах в отраслевым стандартом . То же самое относится и к магнитным усилителям и преобразователям . В то время как трансформаторы обычно используются для повышения или понижения напряжения, изолирующие трансформаторы с соотношением 1:1 используются в основном в приложениях безопасности, сохраняя при этом напряжение неизменным.

Если две электронные системы имеют общую массу, они не изолированы гальванически. Обычно общее заземление может намеренно не иметь соединения с функциональными полюсами, но может стать подключенным. По этой причине изолирующие трансформаторы не обеспечивают питание полюса заземления .

Оптоизолятор

Оптоизоляторы передают информацию путем модуляции света . Отправитель ( источник света ) и приемник ( светочувствительное устройство ) электрически не связаны. Обычно они удерживаются внутри матрицы из прозрачного изолирующего пластика или внутри интегральной схемы . Оптическая изоляция, как правило, очень ограничена по мощности, но она может передавать сигналы данных с очень высокой скоростью. Обычно сигнал обратной связи используется в импульсном источнике питания, при этом фактическая мощность передается через высокочастотный трансформатор.

Конденсатор

Конденсаторы пропускают переменный ток (AC), но блокируют постоянный ток (DC); они емкостно связывают сигналы переменного тока между цепями, которые могут иметь или не иметь разное напряжение постоянного тока.

Хотя изолированное питание обычно осуществляется с помощью трансформатора, его также можно реализовать с помощью конденсаторов и драйвера H-моста, если ограничения по размеру и стоимости отдают предпочтение конденсаторам. ^[4] Если конденсаторы используются для изоляции от цепей электропитания, они могут иметь специальные номиналы, указывающие на то, что они не могут выйти из строя при коротком замыкании, возможном подключении устройства к высокому напряжению или представляющем опасность поражения электрическим током. В идеале, если требуется безопасность от поражения электрическим током, вместо конденсаторов следует использовать другие средства изоляции, или его значение должно быть правильно рассчитано в соответствии со стандартами безопасности, поскольку всегда через конденсатор протекает ток в зависимости от его значения, когда он подключен к любая цепь переменного тока в последовательной конфигурации.

Эффект Холла

Датчики Холла позволяют индуктору передавать информацию через небольшой зазор магнитным путем. В отличие от оптоизоляторов они не содержат источника света с ограниченным сроком службы и, в отличие от трансформаторного подхода, не требуют балансировки постоянного тока.

Магнитосопротивление

Магнитопары используют гигантское магнитосопротивление (GMR) для соединения переменного тока с постоянным.

Реле

В реле управляющий сигнал подает питание на катушку, которая создает магнитное поле, которое притягивает электрически изолированный якорь с переключающими контактами. Переключающие контакты могут быть нормально закрытыми (размыкаются, когда катушка находится под напряжением) или нормально разомкнутыми (замыкаются, когда катушка находится под напряжением). Реле не передают мощность, как трансформатор, но относительно небольшая мощность катушки может управлять цепью гораздо большей мощности, что делает их своего рода усилителем . Они очень широко используются в приложениях управления, где две стороны работают под разным напряжением или иным образом требуют гальванической развязки. Большие реле могут коммутировать очень большие токи, но их скорость и надежность ограничены из-за их механической природы. Одним из наиболее распространенных применений является EVSE (оборудование для питания электромобилей), где реле высокой мощности подает питание на питающий кабель только тогда, когда он надежно подключен к транспортному средству и оба конца готовы к передаче энергии.

Приложения

Оптопары используются в системе для развязки функционального блока от другого, подключенного к электросети или другому источнику высокого напряжения, в целях безопасности и защиты оборудования. Например, силовые полупроводники, подключенные к сетевому напряжению, могут переключаться с помощью оптронов, управляемых от низковольтных цепей, которые не нужно изолировать для более высокого сетевого напряжения.

Трансформаторы позволяют выходному сигналу устройства «плавать» относительно земли, чтобы избежать потенциальных контуров заземления. Силовые изолирующие трансформаторы повышают безопасность устройства, так что у человека, прикасающегося к части цепи под напряжением, через них не будет течь ток на землю. В розетках, предназначенных для питания электробритв , может использоваться изолирующий трансформатор , чтобы предотвратить поражение электрическим током, если бритва упадет в воду, хотя прерыватель цепи замыкания на землю обеспечивает сопоставимую защиту для приборов малой и высокой мощности.

См. также

Гальваническая коррозия # Предотвращение гальванической коррозии — потенциальное преимущество гальванической изоляции.
История электрохимии
Луиджи Гальвани

Ссылки

^ Джона Хантингтона Сети шоу и системы управления: ранее системы управления для живых развлечений , 2012 г. ISBN 0615655904 , стр. 98.
^ «Описание гальванической развязки» . Шнайдер Электрик . Проверено 29 марта 2019 г.
^ [1]
^ «Изолированное питание с использованием конденсаторов» . Аналоговые устройства . 2007. Архивировано из оригинала 29 января 2023 г. Проверено 21 сентября 2023 г.

Внешние ссылки

Гальваническая развязка: назначение и методика

[1] Джона Хантингтона Сети шоу и системы управления: ранее системы управления для живых развлечений , 2012 г. ISBN 0615655904 , стр. 98.

[Schneider-2] «Описание гальванической развязки» . Шнайдер Электрик . Проверено 29 марта 2019 г.

[3] [1]

[4] «Изолированное питание с использованием конденсаторов» . Аналоговые устройства . 2007. Архивировано из оригинала 29 января 2023 г. Проверено 21 сентября 2023 г.

[1]

[2]

[3]

[4]