Какая бывает гальваническая развязка
Название “гальваническая изоляция” или “гальваническая развязка” носит основной принцип гальванической (электрической) изоляции электрической цепи, которая рассматривается, по отношению к остальным электрическим цепям. С помощью гальванической развязки осуществляется передача сигнала или энергии от одной (рассматриваемой) электрической цепи к другой цепи, при этом отсутствует непосредственный электрический контакт между этими цепями.
Посредством гальванической развязки становится возможным сделать, например, сигнальную цепь независимой. Это становится реально обеспечить, так как в целях обратной связи и при выполнении измерений происходит формирование независимого контура тока сигнальной цепи относительно контуров тока остальных цепей, к примеру, силовой. Описанное решение прекрасно подходит для осуществления электромагнитной совместимости: увеличивается точность и помехозащищенность производимых измерений. Гальваническая изоляция выхода и входа устройств очень часто повышает их совместимость с остальными устройствами в условиях тяжелой электромагнитной обстановки.
Однозначно можно утверждать и то, что гальваническая развязка служит и для обеспечения безопасности людей при работе с электрическим оборудованием. Но гальваническая развязка является только одной из мер, поэтому гальваническую изоляцию конкретной рассматриваемой цепи всегда требуется рассматривать обобщенно с остальными мерами обеспечения безопасности при работе с электрическими цепями. К таким мерам также относятся: цепи ограничения тока и напряжения и защитное заземление.
Для того, чтобы на практике применить гальваническую развязку можно прибегнуть к разнообразным техническим решениям, например:
- трансформаторная (индуктивная) гальваническая изоляция (развязка). Такая развязка используется для изоляции цифровых цепей и в трансформаторах;
- оптическая развязка, выполненная с помощью оптореле или оптрона (оптопара). Это техническое решение как правило можно встретить на многих современных импульсных источниках питания;
- емкостная гальваническая развязка. Она применяется в случаях, когда сигнал подается через конденсатор очень маленькой емкости;
- электромеханическая развязка, которая осуществляется, например, с помощью электромеханического реле.
На сегодняшний день наиболее широкое распространение получили два основных варианта гальваноразвязки в схемах. Это оптоэлектронный и трансформаторный тип гальванической развязки.
Для того, чтобы построить гальваническую развязку трансформаторного типа, необходимо использовать магнитоиндукционный элемент (трансформатор) без сердечника или с сердечником или без сердечника. При этом выходное напряжение, которое снимается со вторичной обмотки этого трансформатора, должно быть пропорционально входному напряжению устройства. Но следует помнить, что при претворении данного способа в жизнь, очень важно иметь в виду нижеперечисленные недостатки этого метода, а именно:
- несущий сигнал создает помехи, которые могут влиять на выходной сигнал;
- частота пропускания ограничивается частотной модуляцией развязки;
- достаточно большие габариты.
Благодаря тому, что в последние годы произошло резкое развитие технологии полупроводниковых устройств, то увеличились и возможности построения оптоэлектронных узлов развязки, которые основаны на оптронах.
Принцип работы оптрона очень прост: фототранзистор воспринимает свет, который излучается светодиодом. Таким образом выполняется гальваническая изоляция цепей, если одна из этих цепей связана с фототранзистором, а другая - со светодиодом.
Рассмотренное техническое решение имеет целый ряд достоинств и преимуществ: развязка способна работать с сигналами частотой до десятков мегагерц, достаточно широкий диапазон напряжений развязки, а именно до 500 вольт, что является очень важным аспектом для построения систем ввода данных, и, конечно же, совсем небольшие габариты компонентов.
В случае, если принято решение не использовать гальваническую изоляцию, то максимальный ток, который протекает между цепями, ограничивается только относительно небольшими электрическими сопротивлениями. Это может в результате привести к протеканию выравнивающих токов, которые будут способны причинить вред как людям, которые будут прикасаться к незащищенному оборудованию, так и компонентам цепи. Прибор, который обеспечивает развязку, специально ограничивает передачу энергии от одной цепи к другой.