Современная гальваническая развязка
В наши дни лучший способ обеспечить необходимую гальваническую развязку — это использовать компоненты, разработанные специально для этой цели. Примеры включают специальные усилители и аналого-цифровые преобразователи (АЦП), используемые для отправки изолированных данных измерения тока и напряжения, когда это необходимо системе.
Дифференциальные усилители контролируют напряжение на чувствительном резисторе для получения значения тока. Обычно для этого приложения требуются два источника питания (рисунок ниже слева). Однако наличие второго источника питания делает продукт больше, тяжелее и дороже.
Texas Instruments разработала линейку усилителей и АЦП с однополярным питанием, чтобы решить эту проблему. Изолированный усилитель AMC3301 (рисунок выше справа) включает полностью интегрированный преобразователь постоянного тока в постоянный (DC-DC) для подачи второго напряжения питания. Изоляция обеспечивается емкостной связью внутри интегральной схемы. AMC3301 соответствует правилам безопасности высоковольтной изоляции для сертификации UL 1577 до 4250 В среднеквадратического значения DIN VDEV 0884-11 для пикового напряжения до 6000 В.
Для обеспечения изолированных данных измерений и управления можно использовать два типа изолирующих устройств — изолированный усилитель и изолированный модулятор. Оба являются типами с однополярным питанием и каждый содержит внутренний дельта-сигма (ΔΣ) АЦП.
Контролируемый аналоговый сигнал отправляется на микросхему, усиливается, а затем оцифровывается АЦП. АЦП генерирует последовательный поток битов, который проходит через емкостный изолирующий барьер на кристалле. Этот последовательный поток битов затем отправляется на фильтр нижних частот, который вырабатывает напряжение, пропорциональное входному сигналу. В этот момент восстановленный сигнал постоянного тока может быть снова оцифрован в другом АЦП, возможно, в обычном системном микроконтроллере.
В качестве другого варианта можно использовать изолированный модулятор, такой как AMC1305 / 06 от TI. Он принимает отслеживаемый сигнал тока или напряжения и усиливает его перед оцифровкой в более быстром ΔΣ АЦП. АЦП посылает свой сигнал через внутренний емкостный изолирующий барьер на выход. Этот сигнал представляет собой серию битов, представляющих напряжение внутри устройства. Внешний фильтр нижних частот генерирует пропорциональный аналоговый сигнал, который снова может быть оцифрован для цифровой обработки сигнала.
Хотя и изолированные усилители, и модуляторы действительно обеспечивают хорошие характеристики, изолирующие модуляторы, как правило, являются лучшей альтернативой. Они обладают превосходным соотношением сигнал / шум, большей точностью и меньшей задержкой.
Трансформаторная (индуктивная) развязка
Для того чтобы построить индуктивную развязку, следует использовать магнитоиндукционные устройства – трансформаторы. Его конструкция может быть с сердечником или без сердечника.
Оборудование цепей гальваноразвязкой индуктивного типа осуществляется с помощью трансформаторов, у которых коэффициент трансформации составляет единицу. К источнику сигнала подключается первичная катушка, а вторичная соединяется с приемником. На этом принципе гальванические развязки трансформаторного типа служат основой для создания магнитомодуляционных устройств.
Выходное напряжение, возникающее во вторичной обмотке, напрямую связано с напряжением на входе трансформаторного устройства. В связи с этим, индуктивная развязка имеет серьезные недостатки, почему и ограничивается ее применение:
- Невозможно изготовить компактное устройство из-за существенных габаритных размеров трансформатора.
- Частота пропускания ограничивается частотной модуляцией самой развязки.
- Помехи, возникающие во входном сигнале, снижают качество сигнала на выходе.
- Подобная трансформаторная гальваническая развязка может нормально работать только при наличии переменного напряжения.
Изолированные системы сбора данных Dewesoft
Система сбора данных SIRIUS
Высокоскоростные системы сбора данных SIRIUS доступны в широком спектре физических конфигураций, от модульных плат SIRIUS, которые подключаются к компьютеру через USB или EtherCAT, и монтируемых в стойку систем сбора данных R3 до автономных систем сбора данных R1/R2, R4 и R8, которые включают встроенный компьютер.
Линейка систем сбора данных SIRIUS
Если вы обратите внимание на преобразователи сигналов SIRIUS DualCore и SIRIUS HS компании Dewesoft, то увидите, что все эти модули обеспечивают изоляцию между каналами и «канал-земля», рассчитанную на напряжение 1000 В. Усилители повышенной плотности SIRIUS HD изолированы парами по ±500 В
В видеоролике ниже показана изоляция систем SIRIUS на практике, в реальной ситуации использования:
В реальном мире сбора данных зачастую присутствуют не только входы сигналов: преобразователи сигналов часто создают напряжение возбуждения или ток для питания датчиков. Тензодатчики, резистивные датчики температуры (RTD), датчики LVDT и IEPE-акселерометры — это хорошие примеры датчиков, которым требуется источник питания.
Иногда производители систем сбора данных упускают из виду, что эти линии возбуждения должны быть изолированы, поэтому Dewesoft обеспечивает изоляцию и/или дифференциальные входы и защиту от перенапряжения с возможностью прямого короткого замыкания на землю во всей линейке продуктов, а также защищает свои приборы и операторов, работающих с ними, от паразитного заземления.
Системы сбора данных KRYPTON и KRYPTON ONE
KRYPTON — это самые защищенные изделия в ассортименте компании Dewesoft. Созданные для работы в условиях экстремальных температур, ударных и вибрационных нагрузок, модули KRYPTON обеспечивают степень защиты IP67 (защита от воды, пыли и прочих воздействий). Они подключаются к любому компьютеру Windows (включая собственную модель процессора KRYPTON IP67 в защищенном корпусе) через EtherCAT и могут быть разнесены на дистанцию до 100 метров, что позволяет размещать их рядом с источником сигнала. Как и SIRIUS, они используют самое мощное программное обеспечение сбора данных на рынке — Dewesoft X.
Типичный многоканальный модуль KRYPTON с различными подключенными адаптерами DSI
Эти чрезвычайно прочные системы также доступны в конфигурации одноканальных модулей KRYPTON ONE. Как многоканальные, так и одноканальные модули KRYPTON обеспечивают одинаковый уровень производительности и устойчивости к воздействию окружающей среды.
Сверху слева: модуль KRYPTON ONE 1xTH-HV Справа: модуль KRYPTON ONE 1xHV
Характеристики эффективности изоляции модулей KRYPTON и KRYPTON-1:
| Многоканальные модули KRYPTON | |||||||
| STG | TH | RDT | ACC | LV | LA | DIO | |
| Тип | Деформация/напряжение | Термопара | RTD | IEPE/напряжение | Низкое напряжение | Низкая сила тока | Цифровой ввод/вывод |
| Напряжение изоляции | Дифф. | Пик 1000 В | Пик 1000 В | Дифф. | Пик 1000 В | Пик 1000 В | 250 В |
| Канал-канал | √ | √ | √ | √ | √ | ||
| Канал-земля | √ | √ | √ | √ | √ |
| Одноканальные модули KRYPTON ONE | |||||||||
| AO | DI | DO | ACC | STG | LV | HV | TH-HV | CNT | |
| Тип | Аналоговый вывод | Цифровой ввод | Цифровой вывод | IEPE напряжение | Деформация напряжение | Низкое напряжение | Высокое напряжение | Температура | Счетчик энкодер цифровой |
| Напряжение изоляции | Н/Д | Гальв. | Гальв. | 125 Vrms | 125 Vrms | 125 Vrms | 1000 В CAT II 600 В CAT III | 1000 В CAT II 600 В CAT III | Н/Д |
| Канал-канал | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | ||
| Канал-земля | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ |
В таблице выше «Дифф.» означает дифференциальное напряжение, а «Гальв.» относится к гальванической изоляции.
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
Микросхема ISO721 компании Texas Instruments
Микросхемы семейства ISO72х, выпускаемые компанией Texas Instruments (TI), используют емкостную изоляцию цифровых сигналов. Они изготавливаются по современной высокоэффективной технологии, обеспечивающей исключительную устойчивость к магнитным полям.
В ISO72x используются каналы постоянного и переменного тока, как это показано на рис. 2. В канале переменного тока не используется кодирование, и данные передаются через барьер непосредственно сразу после преобразования в дифференциальную форму. Дифференциальное представление сигнала позволяет использовать подавление синфазных помех в приемнике. Подавление синфазных помех совместно с разностью проводимости развязывающего элемента для низкочастотных помех и высокочастотных сигналов позволяет снизить воздействие синфазных переходных процессов. По мере увеличения частоты помехи подавление синфазных помех становится решающим фактором обеспечивающим сохранность данных.
Рис. 2. Структурная схема ISO72x
В канале постоянного тока сигнал сначала проходит через широтно-импульсный модулятор и только затем передается через барьер. Такая модуляция совместно с последующей демодуляцией на приемной стороне обеспечивает передачу длинных нулевых и единичных последовательностей. Кроме того, этот канал обеспечивает отказоустойчивость. Под этим понимается установление выхода в предопределенное состояние в случае нарушения работы и пропадания сигнала от передающей части микросхемы. Если несущий сигнал не определяется через 4 мкс, то выход ISO72x устанавливается в состояние логической единицы.
Методы [ править ]
Трансформатор править
Трансформаторы соединяются магнитным потоком . Первичная и вторичная обмотки трансформатора не соединены друг с другом ( автотрансформатор имеет токопроводящее соединение между своими обмотками и поэтому не обеспечивает изоляцию). Разность напряжений , которые могут быть безопасно применяться между обмотками без риска пробоя (напряжение изоляции) задается в киловольт с помощью промышленного стандарта . То же самое и с преобразователями . В то время как трансформаторы обычно используются для изменения напряжения, изолирующие трансформаторы с соотношением 1: 1 используются в системах обеспечения безопасности.
Если две электронные системы имеют общую землю, они не гальванически изолированы. Общая земля может обычно и намеренно не подключаться к функциональным полюсам, но может быть подключена. По этой причине изолирующие трансформаторы не обеспечивают заземление / заземляющий полюс .
Оптоизолятор править
Оптоизоляторы передают информацию световыми волнами . Передатчик ( источник света ) и приемник ( светочувствительное устройство ) электрически не связаны; обычно они удерживаются на месте внутри матрицы из прозрачного изолирующего пластика.
Конденсатор править
Конденсаторы пропускают переменный ток (AC), но блокируют постоянный ток ; они передают сигналы переменного тока между цепями при различных постоянных напряжениях. В зависимости от условий конденсатор может выйти из строя и «закоротить», что приведет к прекращению его функции электрической изоляции, что создает риск для «подключенной цепи» и, возможно, опасность для человека. Чтобы ответить на этот вопрос, существуют специальные номиналы конденсаторов, используемых для безопасной изоляции, например «Класс Y».
Эффект Холла править
Датчики на эффекте Холла позволяют индуктору передавать информацию через небольшой зазор магнитным способом. В отличие от оптоизоляторов они не содержат источника света с ограниченным сроком службы, и, в отличие от подхода на основе трансформатора, они не требуют балансировки постоянного тока.
Реле править
Одна сторона управляет магнитной катушкой изолирующего реле . Другая сторона подключена к переключаемым контактам.
Особенности построения импульсных преобразователей с гальванической развязкой. Часть 1
В настоящее время вопросы разработки, исследования и создания специальных статических преобразователей (СП) с гальванической развязкой, работающих в составе корабельных электроэнергетических систем и изделий специального назначения, выполненных на основе цифровой техники, являются весьма актуальными. Обеспечение качественным и безопасным питанием электрооборудования судов ставит перед проектировщиками задачу использования приборов с применением гальванической развязки.
Гальваническая связь — это когда имеется непосредственное соединение двух и более участков электрической цепи, а гальваническая развязка — это, соответственно, такая организация взаимодействия участков электрических цепей, при которой электрический контакт отсутствует. Использование гальванической развязки — одно из обязательных требований технических заданий на создание преобразовательной техники для обеспечения безопасности эксплуатации аппаратуры. Как правило, в силовой электронике в качестве развязки используют трансформаторы для силовой части и оптроны для управления.
Первичная обмотка трансформатора полностью изолирована от вторичной, поэтому между ними никаких токов возникнуть не может в принципе (кроме случаев пробоя), хотя разность потенциалов в обмотках может быть очень большой.
Таким образом, даже если вторичная обмотка гальванически связана с корпусом и, соответственно, с землей, никаких паразитных токов, опасных для оборудования и персонала, на корпусе не возникнет (рис. 1).
Рис. 1. Влияние гальванической развязки на электробезопасность
Одной из особенностей работы высокочастотных трансформаторов является наличие индуктивности рассеяния в обмотках, которую можно представить в идеальном трансформаторе как последовательно подключенную индуктивность. И так же, как в любом индуктивном элементе, происходит накопление энергии. При работе инвертора и, в частности, открытии одного из транзисторов энергия, накопленная в индуктивности рассеяния, не передается в нагрузку, приводя к возникновению высоковольтных всплесков в первичной обмотке трансформатора и в ключе. Кроме того, эта энергия вызывает высокочастотный колебательный процесс в контуре, состоящем из эффективной емкости открытого ключа, индуктивности первичной обмотки и индуктивности рассеяния трансформатора (рис. 2).
Рис. 2. Переходные процессы в транзисторе
Если пиковое напряжение всплеска превысит напряжение пробоя переключающего элемента, силового транзистора или диода, это приведет к выходу из строя всего устройства. Более того, колебания высокой амплитуды вызывают сильные электромагнитные помехи.
Для ограничения всплесков напряжения можно использовать различные ограничительные (снабберные) схемы, которые позволяют рассеивать энергию, накопленную в индуктивности рассеяния:
- применение стабилитронов (диодов Зенера);
- простейший снаббер (рис. 3а) — импульсный конденсатор малой емкости, установленный параллельно переключающему элементу;
- RC-снаббер для снижения потерь в паразитном колебательном контуре снаббера (рис. 3б);
- RCD-снаббер для разделения цепей заряда и разряда конденсатора и ограничения разрядного тока (рис. 3в);
- активный снаббер для разделения ограничения заряда и разрядных токов посредством управляемых силовых элементов.
Рис. 3. Типы снабберов
В настоящее время в основном используются пассивные С-, RC-, RCD-снабберы и стабилитроны, но применение их возможно только в относительно узком диапазоне мощности преобразователей и аппаратуры питания от единиц ватт до 1–2 кВт. Хотя в настоящее время в кораблестроении требуется преобразовательная техника более высокой мощности (до нескольких десятков киловатт) для обеспечения работы отдельных корабельных систем. И как уже стало понятным, создать импульсный преобразователь с гальванической развязкой мощностью более 2–3 кВт — задача не самая простая. С увеличением мощности преобразователей увеличивается и ток, протекающий в обмотках трансформатора, соответственно, увеличивается и энергия, запасенная в индуктивности рассеяния, причем увеличивается в квадратичной зависимости. Следовательно, применение пассивных снабберов не представляется возможным ввиду их больших габаритов.
Применение активного снаббера поможет в решении данной проблемы. Особенность его в том, что энергия импульса (выброса) «закачивается» в емкость С1 и в момент открытия ключа VT1 «скачивается» из емкости в общую сеть, тем самым увеличивая КПД и сохраняя часть энергии (рис. 4).
Что такое коэффициент подавления синфазного напряжения (КПСН)
Коэффициент подавления синфазного напряжения (КПСН) дифференциального усилителя (или других устройств) — это система показателей, используемая для количественной оценки способности устройства отклонять синфазные сигналы, то есть те, которые появляются одновременно и в фазе на обоих входах.
Идеальный дифференциальный усилитель будет иметь бесконечный коэффициент подавления синфазного сигнала. Однако на практике это невозможно. Высокий КПСН требуется, когда дифференциальный сигнал должен быть усилен в присутствии потенциально большого синфазного входного сигнала, такого как сильные электромагнитные помехи (ЭМП).
Гальваническая развязка оптоэлектронного типа
С развитием высоких технологий, использующих полупроводниковые элементы, все более широкое распространение получают БГР – блоки гальванической изоляции на основе оптоэлектронных узлов. Их основой служат оптроны, известные среди электротехников в качестве оптопар, выполненных на основе диодов, транзисторов, тиристоров и других элементов, обладающих повышенной светочувствительностью.
Общая схема оптической части, связывающая источник данных с приемником, использует в качестве сигнала нейтральные фотоны. Благодаря этому свойству, выполняется развязка цепи на входе и выходе, а также ее согласование с входными и выходными сопротивлениями.
Когда используется оптоэлектронная схема, приемник совершенно не влияет на источник сигнала, поэтому сигналы могут модулироваться в широком частотном диапазоне. Данные устройства обладают компактными размерами, поэтому они часто используются в микроэлектронике.
В конструкцию оптической пары входит световой излучатель, проводящая среда для светового потока, а также приемник, преобразующий свет в электрические сигналы. Сопротивление на входе и выходе оптрона очень большое, прядка нескольких миллионов Ом.
Вначале входной сигнал попадает на светодиод, далее в виде света он по световоду попадает на фототранзистор. На выходе устройства данная схема создает перепад или импульс выходного электрического тока. В результате цепи, связанные с двух сторон со светодиодом и фототранзистором, оказываются изолированными между собой.
Индуктивная развязка
Индуктивная развязка, аналогично оптической, имеет давнюю историю, но чаще используется для передачи энергии или аналоговых сигналов, нежели для передачи цифровых сигналов. В этой развязке для передачи сигнала через информационный барьер используется переменное магнитное поле. Типичным примером является трансформатор, где сила магнитного поля зависит от структуры обмотки, числа и площади витка первичной и вторичной обмотки и амплитуды тока. Преимуществом такой развязки является возможность высокого коэффициента подавления синфазного шума при сохранении коэффициента передачи дифференциального сигнала. Другое преимущество — хорошая энергетическая экономичность.
Одним из недостатков индуктивной изоляции является высокая восприимчивость к внешним магнитным полям. С этим приходиться считаться, например, в электроприводах, где изоляционный барьер подвергается воздействию сильного внешнего магнитного поля. Другой недостаток — сложность передачи длинных последовательностей нулей или единиц. Индуктивный изолятор общего применения имеет ограниченный частотный диапазон передаваемых сигналов. Соответственно, для передачи низкочастотных сигналов, таких как длинные последовательности нулей или единиц, приходится использовать специальное кодирование и последующее восстановление сигнала.
Что такое гальваническая развязка электрических цепей
Товары на складе (СПб)
- Активные компоненты Передатчики
- Приемники
- Трансиверы
- Отладочные платы
Сетевое оборудование
- Медиаконвертеры Ethernet
Медиаконвертеры RS-232/422/485 и CAN
Удлинители USB
Соединительные изделия
- Кабели
Коннекторы
Проходные адаптеры
Переходные адаптеры
Патч-корды
Аттенюаторы
Высоконадежные разъемы и кабельные сборки
- Разъемы для FTTA (ODC)
IP-разъемы (ODVA)
Разъемы Expanded Beam
Промышленные разъемы CNLINKO
Гибридные разъемы для HDTV (SMPTE)
Инструменты
- Инструменты для кабеля
Инструменты для коннекторов
Инструменты для POF
Чистящие материалы
Наборы инструментов
Специализированные инструменты
Измерительное оборудование
- Приборы для измерения потерь
Приборы для проверки оптоволокна
Приборы для проверки коннекторов
Оптический датчик дуговой защиты КРУ
- Компоненты датчика
Передача мощности по оптоволокну
- Преобразователи Broadcom
Решения MH GoPower
Оптоэлектронные изоляционные решения
- Индустриальные оптроны
Автомобильные оптроны
Короткие оптические линии
Микросхемы Ethernet
- Микросхемы PHY
Главная | Продукция | Оптоэлектронные изоляционные решения
Данный раздел посвящен устройствам для осуществления оптической гальванической развязки, выпускаемым компанией Broadcom Limited (ранее Avago Technologies).
Гальваническая развязка (гальваническая изоляция, гальваноразвязка) – это передача энергии или сигнала между двумя электрическими цепями или участками электрической схемы без электрического контакта между ними. Изолирующие устройства применяются 1) для защиты человека и оборудования от высоких напряжений, 2) для согласования электрических цепей с разными напряжениями питания и 3) для подавления синфазных помех.
Одним из наиболее распространенных видов гальванической развязки является оптическая развязка, основным элементом которой является оптрон, или оптопара, – устройство, содержащее источник оптического излучения (светодиод) и фотоприемник (фотодиод, фототранзистор…), разделенные слоем диэлектрика и заключенные в один корпус.
Практика показывает, что оптическая развязка обеспечивает наиболее надежную изоляцию от высоких напряжений по сравнению с другими технологиями гальванической развязки (индуктивная, емкостная), гарантируя защиту обслуживающего персонала и низковольтного управляющего оборудования.
Компания Broadcom является ведущим мировым производителем оптронов и специализированных микросхем с оптической развязкой для различных применений. Оптроны Broadcom полностью соответствуют требованиям стандартов IEC 60747-5-5 и UL 1577 для усиленной изоляции (reinforced isolation). Оптроны Broadcom отличаются высокой стойкостью к электростатическим разрядам и скачкам напряжения. Кроме того, они нечувствительны к электромагнитному излучению и сами не создают электромагнитных помех в системе.
Все микросхемы с оптической развязкой компании Broadcom делятся на три большие группы, в зависимости от условий их эксплуатации:
- Пластиковые (индустриальные) – для промышленных применений.
- Автомобильные – для автомобильной электроники (отличаются широким температурным диапазоном).
- Герметичные – для высоконадежных применений и жестких условий эксплуатации (имеют прочный корпус).
Кроме того, микросхемы с оптической развязкой различаются по своему назначению. В ассортимент продукции Broadcom входят оптроны для передачи цифрового сигнала, драйверы силовых транзисторов (IGBT/MOSFET), микросхемы для управления интеллектуальными силовыми модулями (IPM), изолирующие усилители для измерения тока и напряжения и другие устройства.
На нашем сайте представлена часть номенклатуры микросхем с оптической развязкой, выпускаемых Broadcom, в основном самые новые модели. С полным ассортиментом Вы можете ознакомиться на сайте компании Broadcom и в каталоге, размещенном на нашем сайте.
Короткие оптические линии
Защиту от более высоких напряжений также можно обеспечить при помощи передатчика и приемника, соединенных оптическим волокном. Broadcom предлагает более удобные устройства, называемые короткими оптическими линиями (short link), или длинными оптронами. Они представляют собой излучатель и приемник, помещенные в единый пластиковый корпус, который можно разместить на плате. Такие устройства обеспечивают надежную гальваническую развязку до 50 кВ.
Проблемы паразитного заземления и их решение
Если его не предотвратить, паразитное заземление может стать серьезной проблемой для измерительных систем. Иногда называемое «шумом», паразитное заземление связано с непреднамеренной привязкой электрооборудования к более чем одному пути заземления — любая разность потенциалов в этих точках заземления может вызывать токовую петлю, что может приводить к искажениям сигнала. Если амплитуда этих искажений достаточно высока, это может сделать измерение бесполезным.
На рисунке ниже измерительный усилитель соединен с землей (GND 1) с одной стороны. Для подключения датчика используется асимметричный экранированный кабель, металлический корпус которого помещен на проводящую поверхность в точке GND 2. Из-за длины кабеля существует разница в потенциале между GND1 и GND 2. Эта разность потенциалов действует как источник напряжения, обьединяясь с электромагнитным шумом окружающей среды.
Паразитное заземление, вызванное разностью потенциалов заземления
Если бы датчик можно было отделить от GND 2, это могло бы решить проблему. Но это не всегда возможно. Кроме того, иногда по правилам безопасности требуется привязка к экрану кабеля, а значит отказаться от него нельзя.
Оптимальным решением является использование дифференциального усилителя внутри изолированного преобразователя сигнала. Всего одно изменение позволяет решить эту проблему.
Устранение проблем разности потенциалов заземления с помощью изоляции
Паразитное заземление может также поступать от самого прибора через его собственный источник питания. Мы помним, что наша измерительная система подключена к источнику питания, который имеет опорное заземление
Поэтому крайне важно отделить эту привязку от компонентов обработки сигналов, чтобы исключить образование паразитного заземления внутри прибора
Паразитное заземление, вызванное источником питания
Эта ситуация может быть опасной, если существует неисправность проводки. В случае с путем тока высокого напряжения от источника питания, что произойдет, если линия возврата будет разорвана? Вся энергия будет направлена через часть преобразования сигнала системы сбора данных. Это может привести к повреждению или выводу из строя всей системы и даже к возникновению опасных напряжений для оператора прибора.
Опасность паразитного заземления, вызванного источником питания
При полной изоляции сигнального канала от источника питания описанная выше ситуация невозможна.
PVI: фотоизолятор для внешних ключей большой мощности
Приборы этой серии не являются реле в собственном смысле слова. То есть не способны коммутировать потоки большой энергии с помощью малой. Они лишь обеспечивают гальваническую развязку входа от выхода, откуда и их название — фотоэлектрический изолятор (рис. 5).
Рис. 5. Разводка выводов фотоизолятора PVI
Зачем же нужно такое «недореле»? Дело в том, что приборы серии PVI вырабатывают при получении входного сигнала электрически изолированное постоянное напряжение, которое достаточно для непосредственного управления затворами мощных MOSFET и IGBT. Фактически это оптореле, но без выходного ключа, в качестве которого разработчик может использовать подходящий для него по мощности отдельный транзистор.
PVI идеально подходят для применений, требующих высокотокового и/или высоковольтного переключения с оптической изоляцией между схемой управления и мощными схемами нагрузки.
К тому же изолятор серии PVI1050N содержит в себе два одновременно управляемых выхода, что дает возможность подключать их последовательно или параллельно для обеспечения более высокого значения тока управления (МОП) или более высокого значения напряжения управления (БТИЗ). Таким образом фактически можно получить выходной сигнал 10 В/5 мкА при последовательном включении и 5 В/10 мкА — при параллельном.
Два выхода PVI1050N могут применяться и по отдельности, при условии что разность потенциалов между выходами не превышает 1200 В (пост.) Изоляция вход-выход составляет 2500 В (действ.).
Приборы данной серии выпускаются в 8-выводных DIP-корпусах и находят применение в организации управления мощными нагрузками, преобразователях напряжения и т.п.
Надежность
Как показано выше, устойчивость имеет отношение к надежности при предельных условиях эксплуатации, обусловленных высоким напряжением и плотностью потока магнитного поля. Надежность измеряется в среднем времени наработки на отказ. Этот стандарт определяет надежность полупроводниковых приборов. Для цифровых изоляторов этот подход определяет надежность и полупроводниковой микросхемы, и собственно изолятора. В таблице 1 приведено среднее время наработки на отказ для оптических, индуктивных и емкостных цифровых изоляторов.
Таблица 1. Измерение среднего времени наработки на отказ
В описании на ADuM1100 нет подробного определения среднего времени наработки, но есть результаты тестирования. В таблице 2 показаны результаты тестирования надежности для ISO721 и ADuM1100.
Таблица 2. Исходные данные по надежности
Семейство цифровых изоляторов ISO72x представляет собой недорогую высокоскоростную надежную альтернативу оптическим и индуктивным изоляторам. Дополнительная информация по качеству и надежности цифровых изоляторов семейства ISO72x доступна по адресу www.ti.com/corp/docs/landing/iso721/.
