Гальваническая изоляция, обычно называемая только изоляцией, является соглашением, в соответствии с которым отдельные части электрической системы могут обладать различными потенциалами земли. Двумя наиболее распространенными причинами создания изоляции являются безопасность от сбоев в продуктах промышленного класса и где требуется проводная связь между устройствами, но каждое устройство регулирует собственную мощность.
Методы изоляции мощности
трансформеры
Наиболее распространенной формой изоляции является использование трансформатора. При проектировании схемы регулирования мощности, где требуется изоляция, изолирующая часть конструкции связана с необходимостью повышения / понижения напряжения на рельсе напряжения и не распознается как отдельная часть системы. В случае, если необходимо изолировать всю электрическую систему (например, для многих автомобильных проверок требуется, чтобы источники питания были изолированы от сети переменного тока), трансформатор 1: 1 может быть установлен последовательно с системой для создания необходимой изоляции.
Image
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 надежный, чем метод трансформатора, поскольку режим отказа трансформатора является открытым, а один из режимов отказа конденсатора является коротким. Одна из целей создания гальванической развязки от сети переменного тока такова, что в случае сбоя пользователь находится в безопасности от функционально безграничного источника тока.
Image
Рисунок 2: Пример использования конденсаторов для создания изоляции
Методы изоляции сигналов
Оптико-разъединители
Когда требуется сигнал для прохождения между двумя потенциалами заземления, оптоизолятор является популярным решением. Оптоизолятор представляет собой фотопоглощающий транзистор, который включается, когда его внутренний светодиод находится под напряжением. Свет, излучаемый внутренним светодиодом, является сигнальным трактом и, таким образом, не нарушает изолирующий барьер между потенциалами земли.
Image
Рисунок 3: Схема типичного оптоизолятора
Датчик эффекта Холла
Другим методом передачи информации между электрическими системами с раздельными потенциалами заземления является использование датчика эффекта Холла. Датчик Холла Датчик обнаруживает индуктивность неинвазивно и не требует прямого контакта с данным сигналом и не нарушает изолирующий барьер. Наиболее распространенное использование передающей индуктивной информации для различных потенциалов заземления - в существующих зондовых зондах.
Image
Рисунок 4: Токовый зонд, используемый для измерения тока через проводник
Вывод
Гальваническая изоляция - это разделение электрических систем / подсистем, с помощью которых может протекать не постоянный ток и может обладать различными потенциалами земли. Изоляцию можно разделить на основные категории: мощность и сигнал. Существует несколько способов достижения изоляции, и в зависимости от требований к дизайну некоторые методы могут быть предпочтительными для других.
Практический пример:
Image
Рисунок 5: Схема проектирования Power over Ethernet на базе контроллера TPS23753PW
В вышеприведенной схеме реализованы несколько трансформаторов и оптоизолятор для создания источника питания переключения, который используется при питании через устройства Ethernet PD (Powered Device). Соединитель J2 имеет внутренние магниты, которые изолируют всю систему от источника PoE. T1 и U2 изолируют источник питания (левая сторона красной линии) от регулируемого выхода 3, 3 В (правая сторона красной линии).
