Rozwiązanie obwodów zwane „izolacją galwaniczną” jest dość często spotykane w elektronice i elektrotechnice. Z tego powodu ważne jest, aby zapoznać użytkownika z tym, co to jest. Ponadto interesujące będzie zrozumienie istniejących odmian „rozwiązanych” węzłów i zasady ich działania.
Co to jest?
Izolacja galwaniczna to metoda przesyłania energii elektrycznej lub informacji między obwodami wejściowymi i wyjściowymi, w których części obwodu nie są bezpośrednio ze sobą połączone. Potrzeba tego pojawia się w przypadkach, gdy wymagane jest zapewnienie bezpieczeństwa pracy w obwodach wtórnych przy zachowaniu przesyłanej mocy.
Ponadto dzięki tej technice w obwodzie wtórnym powstaje niezależny obwód, który umożliwia:
- częściowo zmniejszyć wpływ zakłóceń działających w obwodzie pierwotnym;
- poprawić dokładność odczytów w obwodach pomiarowych;
- poprawić dopasowanie obciążenia.
Wreszcie odłączenie zmniejsza prawdopodobieństwo uszkodzenia sprzętu podłączonego do wtórnego.
Zasada działania
Najwygodniej jest wyjaśnić zasadę działania izolacji galwanicznej na przykładzie transformatora, w którym uzwojenie wtórne nie jest elektrycznie połączone z pierwotnym.
Najczęściej pojawia się trudność w zrozumieniu zmniejszenia ryzyka porażenia prądem, gdy obwody wejściowe i wyjściowe są niezależne. Faktem jest, że jeśli wypadek (przebicie izolacji i uderzenie w niebezpieczny potencjał na obudowie) nastąpi bezpośrednio w linii zasilającej, moc całej sieci działa na osobę, która jej dotknie.
W przypadku odsprzęgania prąd będzie ograniczony nie tylko oporem ludzkiego ciała, ale także mocą transformatora (lub innego elementu używanego w tej pojemności). Jeżeli obudowa urządzenia podłączona do obwodu wtórnego jest uziemiona, ryzyko obrażeń zostanie zredukowane do minimum.
Rodzaje izolacji galwanicznej
Istnieje kilka znanych metod sztucznego oddzielania obwodów zasilania i obciążenia.
Najczęściej używane do tego:
- Obwód indukcyjny (lub transformatorowy).
- Pary optoelektroniczne elementów półprzewodnikowych.
Podczas realizacji pierwszej metody stosuje się jednostkę separującą - transformator, który w tym przypadku nie wymaga rdzenia. Jego współczynnik transmisji wynosi zwykle jedność, to znaczy napięcie w uzwojeniu wtórnym jest równe wejściu.
Wady tej opcji obejmują:
- obszerność projektu;
- możliwość stosowania tylko w obwodach prądu przemiennego;
- częściowe zatrzymywanie zakłóceń z obwodów pierwotnych.
Pozbycie się tych wad jest możliwe dzięki zastosowaniu specjalnego typu odsprzęgania zwanego optoelektroniką.
Pary optoelektroniczne
Głównymi elementami takiego odsprzęgania są transoptory, zaimplementowane w układach opartych na diodach, tyrystorach, a także na tranzystorach i innych wrażliwych na światło elementach elektronicznych. Funkcję pierwotnego elementu układu pełni dioda elektroluminescencyjna, a medium przekazującym impuls użyteczny jest wytworzonym wewnątrz pary optoelektronicznej polem przewodzącym światło.
W tych urządzeniach neutralność elektryczna strumienia świetlnego pozwala na skuteczne zorganizowanie odsprzęganie obwodów wejściowych i wyjściowych, a także zapewnienie koordynacji węzłów o różnym zespole opory. Do zalet należy zwartość urządzenia oraz znaczne obniżenie poziomu hałasu na wyjściu.