Гальваническая развязка для чего: Гальваническая развязка. Кто, если не оптрон? / Хабр

Гальваническая развязка. Кто, если не оптрон? / Хабр

Есть в электронике такое понятие как гальваническая развязка. Её классическое определение — передача энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта. Если вы новичок, то эта формулировка покажется очень общей и даже загадочной. Если же вы имеете инженерный опыт или просто хорошо помните физику, то скорее всего уже подумали про трансформаторы и оптроны.

Статья под катом посвящена различным способам гальванической развязки цифровых сигналов. Расскажем зачем оно вообще нужно и как производители реализуют изоляционный барьер «внутри» современных микросхем.

Речь, как уже сказано, пойдет о изоляции цифровых сигналов. Далее по тексту под гальванической развязкой будем понимать передачу информационного сигнала между двумя независимыми электрическими цепями.

Зачем оно нужно

Существует три основные задачи, которые решаются развязкой цифрового сигнала.

Первой приходит в голову защита от высоких напряжений. Действительно, обеспечение гальванической развязки — это требование, которое предъявляет техника безопасности к большинству электроприборов.

Пусть микроконтроллер, который имеет, естественно, небольшое напряжение питания, задает управляющие сигналы для силового транзистора или другого устройства высокого напряжения. Это более чем распространенная задача. Если между драйвером, который увеличивает управляющий сигнал по мощности и напряжению, и управляющим устройством не окажется изоляции, то микроконтроллер рискует попросту сгореть. К тому же, с цепями управления как правило связаны устройства ввода-вывода, а значит и человек, нажимающий кнопку «включить», легко может замкнуть цепь и получить удар в несколько сотен вольт.

Итак, гальваническая развязка сигнала служит для защиты человека и техники.

Не менее популярным является использование микросхем с изоляционным барьером для сопряжения электрических цепей с разными напряжениями питания. Тут всё просто: «электрической связи» между цепями нет, поэтому сигнал логические уровни информационного сигнала на входе и выходе микросхемы будут соответствовать питанию на «входной» и «выходной» цепях соответственно.

Гальваническая развязка также используется для повышения помехоустойчивости систем. Одним из основных источников помех в радиоэлектронной аппаратуре является так называемый общий провод, часто это корпус устройства. При передаче информации без гальванической развязки общий провод обеспечивает необходимый для передачи информационного сигнала общий потенциал передатчика и приемника. Поскольку обычно общий провод служит одним из полюсов питания, подключение к нему разных электронных устройств, в особенности силовых, приводит к возникновению кратковременных импульсных помех. Они исключаются при замене «электрического соединения» на соединение через изоляционный барьер.

Как оно работает

Традиционно гальваническая развязка строится на двух элементах — трансформаторах и оптронах. Если опустить детали, то первые применяются для аналоговых сигналов, а вторые — для цифровых. Мы рассматриваем только второй случай, поэтому имеет смысл напомнить читателю о том кто такой оптрон.

Для передачи сигнала без электрического контакта используется пара из излучателя света (чаще всего светодиод) и фотодетектора. Электрический сигнал на входе преобразуется в «световые импульсы», проходит через светопропускающий слой, принимается фотодетектором и обратно преобразуется в электрический сигнал.

Оптронная развязка заслужила огромную популярность и несколько десятилетий являлась единственной технологией развязки цифровых сигналов. Однако, с развитием полупроводниковой промышленности, с интеграцией всего и вся, появились микросхемы, реализующие изоляционный барьер за счет других, более современных технологий.

Цифровые изоляторы — это микросхемы, обеспечивающие один или несколько изолированных каналов, каждый из которых «обгоняет» оптрон по скорости и точности передачи сигнала, по уровню устойчивости к помехам и, чаще всего, по стоимости в пересчете на канал.

Изоляционный барьер цифровых изоляторов изготавливается по различным технологиям. Небезызвестная компания Analog Devices в цифровых изоляторах ADUM в качестве барьера использует импульсный трансформатор. Внутри корпуса микросхемы расположено два кристалла и, выполненный отдельно на полиимидной пленке, импульсный трансформатор. Кристалл-передатчик по фронту информационного сигнала формирует два коротких импульса, а по спаду информационного сигнала — один импульс. Импульсный трансформатор позволяет с небольшой задержкой получить на кристалле-передатчике импульсы по которым выполняется обратное преобразование.

Описанная технология успешно применяется при реализации гальванической развязки, во многом превосходит оптроны, однако имеет ряд недостатков, связанных с чувствительностью трансформатора к помехам и риску искажений при работе с короткими входными импульсами.

Гораздо более высокий уровень устойчивости к помехам обеспечивается в микросхемах, где изоляционный барьер реализуется на емкостях. Использование конденсаторов позволяет исключить связь по постоянному току между приемником и передатчиком, что в сигнальных цепях эквивалентно гальванической развязке.

Если последнее предложение вас взбудоражило. .

Если вы почувствовали жгучее желание закричать что гальванической развязки на конденсаторах быть не может, то рекомендую посетить треды вроде

этого

. Когда ваша ярость утихнет, обратите внимание что все эти споры датируются 2006 годом. Туда, как и в 2007, мы, как известно, не вернемся. А изоляторы с емкостным барьером давно производятся, используются и отлично работают.

Преимущества емкостной развязки заключаются в высокой энергетической эффективности, малых габаритах и устойчивости к внешним магнитным полям. Это позволяет создавать недорогие интегральные изоляторы с высокими показателями надежности. Они выпускаются двумя компаниями — Texas Instruments и Silicon Labs. Эти фирмы используют различные технологии создания канала, однако в обоих случаях в качестве диэлектрика используется диоксид кремния. Этот материал имеет высокую электрическую прочность и уже несколько десятилетий используется при производстве микросхем. Как следствие, SiO2 легко интегрируется в кристалл, причем для обеспечения напряжения изоляции величиной в несколько киловольт достаточно слоя диэлектрика толщиной в несколько микрометров.

На одном (у Texas Instruments) или на обоих (у Silicon Labs) кристаллах, которые находятся в корпусе цифрового изолятора, расположены площадки-конденсаторы. Кристаллы соединяются через эти площадки, таким образом информационный сигнал проходит от приемника к передатчику через изоляционный барьер.

Хотя Texas Instruments и Silicon Labs используют очень похожие технологии интеграции емкостного барьера на кристалл, они используют совершенно разные принципы передачи информационного сигнала.

Каждый изолированный канал у Texas Instruments представляет собой относительно сложную схему.

Рассмотрим её «нижнюю половину». Информационный сигнал подается на RC-цепочки, с которых снимаются короткие импульсы по фронту и спаду входного сигнала, по этим импульсам сигнал восстанавливается. Такой способ прохождения емкостного барьера не подходит для медленноменяющихся (низкочастотных) сигналов. Производитель решает эту проблему дублированием каналов — «нижняя половина» схемы является высокочастотным каналом и предназначается для сигналов от 100 Кбит/сек.

Сигналы с частотой ниже 100 Кбит/сек обрабатываются на «верхней половине» схемы. Входной сигнал подвергается предварительной ШИМ-модуляции с большой тактовой частотой, модулированный сигнал подается на изоляционный барьер, по импульсам с RC-цепочек сигнал восстанавливается и в дальнейшем демодулируется.

Схема принятия решения на выходе изолированного канала «решает» с какой «половины» следует подавать сигнал на выход микросхемы.

Как видно на схеме канала изолятора Texas Instruments, и в низкочастотном, и в высокочастотном каналах используется дифференциальная передача сигнала. Напомню читателю её суть.

Дифференциальная передача — это простой и действенный способ защиты от синфазных помех. Входной сигнал на стороне передатчика «разделяется» на два инверсных друг-другу сигнала V+ и V-, на которые синфазные помехи разной природы влияют одинаково. Приемник осуществляет вычитание сигналов и в результате помеха Vсп исключается.

Дифференциальная передача также используется в цифровых изоляторах от Silicon Labs. Эти микросхемы имеют более простую и надежную структуру. Для прохождения через емкостный барьер входной сигнал подвергается высокочастотной OOK (On-Off Keying) модуляции. Другими словами, «единица» информационного сигнала кодируется наличием высокочастотного сигнала, а «ноль» — отсутствием высокочастотного сигнала. Модулированный сигнал проходит без искажений через пару емкостей и восстанавливается на стороне передатчика.

Цифровые изоляторы Silicon Labs превосходят микросхемы ADUM-ы по большинству ключевых характеристик. Микросхемы от TI обеспечивают примерно такое же качество работы как Silicon Labs, но в отдельных случаях уступают в точности передачи сигнала.

Где оно работает

Хочется добавить пару слов о том в каких микросхемах используется изоляционный барьер.

Первыми стоит назвать цифровые изоляторы. Они представляют собой несколько изолированных цифровых каналов, объединенных в одном корпусе. Выпускаются микросхемы с различной конфигурацией входных и выходных однонаправленных каналов, изоляторы с двунаправленными каналами (используются для развязки шинных интерфейсов), изоляторы со встроенным DC/DC-контроллером для изоляции питания.

Ещё больше картинокМикросхема серии Si86xx — цифровой изолятор с четырьмя прямыми и двумя обратными каналами

Микросхема серии Si860x — цифровой изолятор с двумя двунаправленными и двумя однонаправленными каналами

Микросхема серии Si88xx — цифровой изолятор с двумя каналами и встроенным DC/DC-контроллером

Кроме цифровых изоляторов выпускаются изолированные драйверы силовых транзисторов, в том числе на посадочное место оптодрайверов, усилители токового шунта, гальваноразвязанные АЦП и др.

Ещё больше картинокМикросхема серии Si823x — изолированный драйвер верхнего и нижнего ключа

Микросхема серии Si8261 — изолированный драйвер с эмулятором светодиода на входе

Микросхема серии Si8920 — изолированный усилитель токового шунта

Микросхема серии Si890x — изолированный АЦП

Гальваническая развязка. Кто, если не оптрон?

// это копия статьи, размещенной вчера на geektimes. ru. Возможно это будет интересно и читателям электроникса.

Статья посвящена различным способам гальванической развязки цифровых сигналов. Кратко расскажу зачем оно нужно и как производители реализуют изоляционный барьер в современных интегральных микросхемах. Плюс бонус — гайд по гальванической развязке от SiLabs.

Речь, как уже сказано, пойдет о изоляции именно цифровых сигналов. Далее по тексту под гальванической развязкой будем понимать передачу информационного сигнала между двумя независимыми электрическими цепями.

Зачем оно нужно

Существует три основные задачи, которые решаются развязкой цифрового сигнала.

Первой приходит в голову защита от высоких напряжений. Действительно, обеспечение гальванической развязки — это требование, которое предъявляет техника безопасности к большинству электроприборов.

Пусть микроконтроллер, который имеет, естественно, небольшое напряжение питания, задает управляющие сигналы для силового транзистора или другого устройства высокого напряжения. Это более чем распространенная задача. Если между драйвером, который увеличивает управляющий сигнал по мощности и напряжению, и управляющим устройством не окажется изоляции, то микроконтроллер рискует попросту сгореть. К тому же, с цепями управления как правило связаны устройства ввода-вывода, а значит и человек, нажимающий кнопку «включить», легко может замкнуть цепь и получить удар в несколько сотен вольт.

Итак, гальваническая развязка сигнала служит для защиты человека и техники.

Не менее популярным является использование микросхем с изоляционным барьером для сопряжения электрических цепей с разными напряжениями питания. Тут всё просто: «электрической связи» между цепями нет, поэтому сигнал логические уровни информационного сигнала на входе и выходе микросхемы будут соответствовать питанию на «входной» и «выходной» цепях соответственно.

Гальваническая развязка также используется для повышения помехоустойчивости систем. Одним из основных источников помех в радиоэлектронной аппаратуре является так называемый общий провод, часто это корпус устройства. При передаче информации без гальванической развязки общий провод обеспечивает необходимый для передачи информационного сигнала общий потенциал передатчика и приемника. Поскольку обычно общий провод служит одним из полюсов питания, подключение к нему разных электронных устройств, в особенности силовых, приводит к возникновению кратковременных импульсных помех. Они исключаются при замене «электрического соединения» на соединение через изоляционный барьер.

Как оно работает

Традиционно гальваническая развязка строится на двух элементах — трансформаторах и оптронах. Если опустить детали, то первые применяются для аналоговых сигналов, а вторые — для цифровых. Мы рассматриваем только второй случай, поэтому имеет смысл напомнить читателю о том кто такой оптрон.

Для передачи сигнала без электрического контакта используется пара из излучателя света (чаще всего светодиод) и фотодетектора. Электрический сигнал на входе преобразуется в «световые импульсы», проходит через светопропускающий слой, принимается фотодетектором и обратно преобразуется в электрический сигнал.

Оптронная развязка заслужила огромную популярность и несколько десятилетий являлась единственной технологией развязки цифровых сигналов. Однако, с развитием полупроводниковой промышленности, с интеграцией всего и вся, появились микросхемы, реализующие изоляционный барьер за счет других, более современных технологий.

Цифровые изоляторы — это микросхемы, обеспечивающие один или несколько изолированных каналов, каждый из которых «обгоняет» оптрон по скорости и точности передачи сигнала, по уровню устойчивости к помехам и, чаще всего, по стоимости в пересчете на канал.

Изоляционный барьер цифровых изоляторов изготавливается по различным технологиям. Небезызвестная компания Analog Devices в цифровых изоляторах ADUM в качестве барьера использует импульсный трансформатор. Внутри корпуса микросхемы расположено два кристалла и, выполненный отдельно на полиимидной пленке, импульсный трансформатор. Кристалл-передатчик по фронту информационного сигнала формирует два коротких импульса, а по спаду информационного сигнала — один импульс. Импульсный трансформатор позволяет с небольшой задержкой получить на кристалле-передатчике импульсы по которым выполняется обратное преобразование.

Описанная технология успешно применяется при реализации гальванической развязки, во многом превосходит оптроны, однако имеет ряд недостатков, связанных с чувствительностью трансформатора к помехам и риску искажений при работе с короткими входными импульсами.

Гораздо более высокий уровень устойчивости к помехам обеспечивается в микросхемах, где изоляционный барьер реализуется на емкостях. Использование конденсаторов позволяет исключить связь по постоянному току между приемником и передатчиком, что в сигнальных цепях эквивалентно гальванической развязке.

Преимущества емкостной развязки заключаются в высокой энергетической эффективности, малых габаритах и устойчивости к внешним магнитным полям. Это позволяет создавать недорогие интегральные изоляторы с высокими показателями надежности. Они выпускаются двумя компаниями — Texas Instruments и Silicon Labs. Эти фирмы используют различные технологии создания канала, однако в обоих случаях в качестве диэлектрика используется диоксид кремния. Этот материал имеет высокую электрическую прочность и уже несколько десятилетий используется при производстве микросхем. Как следствие, SiO2 легко интегрируется в кристалл, причем для обеспечения напряжения изоляции величиной в несколько киловольт достаточно слоя диэлектрика толщиной в несколько микрометров.

На одном (у Texas Instruments) или на обоих (у Silicon Labs) кристаллах, которые находятся в корпусе цифрового изолятора, расположены площадки-конденсаторы. Кристаллы соединяются через эти площадки, таким образом информационный сигнал проходит от приемника к передатчику через изоляционный барьер.

Хотя Texas Instruments и Silicon Labs используют очень похожие технологии интеграции емкостного барьера на кристалл, они используют совершенно разные принципы передачи информационного сигнала.

Каждый изолированный канал у Texas Instruments представляет собой относительно сложную схему.

Рассмотрим её «нижнюю половину». Информационный сигнал подается на RC-цепочки, с которых снимаются короткие импульсы по фронту и спаду входного сигнала, по этим импульсам сигнал восстанавливается. Такой способ прохождения емкостного барьера не подходит для медленноменяющихся (низкочастотных) сигналов. Производитель решает эту проблему дублированием каналов — «нижняя половина» схемы является высокочастотным каналом и предназначается для сигналов от 100 Кбит/сек.

Сигналы с частотой ниже 100 Кбит/сек обрабатываются на «верхней половине» схемы. Входной сигнал подвергается предварительной ШИМ-модуляции с большой тактовой частотой, модулированный сигнал подается на изоляционный барьер, по импульсам с RC-цепочек сигнал восстанавливается и в дальнейшем демодулируется.

Схема принятия решения на выходе изолированного канала «решает» с какой «половины» следует подавать сигнал на выход микросхемы.

Как видно на схеме канала изолятора Texas Instruments, и в низкочастотном, и в высокочастотном каналах используется дифференциальная передача сигнала. Напомню читателю её суть.

Дифференциальная передача — это простой и действенный способ защиты от синфазных помех. Входной сигнал на стороне передатчика «разделяется» на два инверсных друг-другу сигнала V+ и V-, на которые синфазные помехи разной природы влияют одинаково. Приемник осуществляет вычитание сигналов и в результате помеха Vсп исключается.

Дифференциальная передача также используется в цифровых изоляторах от Silicon Labs. Эти микросхемы имеют более простую и надежную структуру. Для прохождения через емкостный барьер входной сигнал подвергается высокочастотной OOK (On-Off Keying) модуляции. Другими словами, «единица» информационного сигнала кодируется наличием высокочастотного сигнала, а «ноль» — отсутствием высокочастотного сигнала. Модулированный сигнал проходит без искажений через пару емкостей и восстанавливается на стороне передатчика.

Цифровые изоляторы Silicon Labs превосходят микросхемы ADUM-ы по большинству ключевых характеристик. Микросхемы от TI обеспечивают примерно такое же качество работы как Silicon Labs, но в отдельных случаях уступают в точности передачи сигнала.

Где оно работает

Теперь о том в каких микросхемах используется изоляционный барьер.
Первыми стоит назвать цифровые изоляторы. Они представляют собой несколько изолированных цифровых каналов, объединенных в одном корпусе. Выпускаются микросхемы с различной конфигурацией входных и выходных однонаправленных каналов, изоляторы с двунаправленными каналами (используются для развязки шинных интерфейсов), изоляторы со встроенным DC/DC-контроллером для изоляции питания. Кроме того выпускаются изолированные драйверы силовых транзисторов, в том числе на посадочное место оптодрайверов, усилители токового шунта, гальваноразвязанные АЦП и др.

Если позволите, добавлю небольшой гайд по продукции SiLabs-а:

* Микросхемы серии Si86xx (известны также как Si84xx) — однонаправленные цифровые изоляторы

Ещё есть изоляторы малыши Si80xx в QSOP-ах. Все на 1кВ.

* Микросхемы серии Si860x (известны также как Si840x) — двунаправленные цифровые изоляторы для шины I2C и т. п.

* Микросхемы серии Si87xx — цифровые изоляторы на посадочное место оптрона

* Микросхемы серии Si88xx — со встроенным DC/DC

* Микросхемы серии Si823x — двухканальные драйверы силовых транзисторов (+ Si824x, заточенные под аудиоусилители)

* Микросхемы серии Si826x — одноканальные драйверы на посадочное место оптодрайверов

* Микросхемы серии Si8920 — гальваноразвязанные АЦП

* Микросхемы серии Si890x — изолированные усилители токового шунта

Гальваническая развязка: назначение и методы

Добавлено 17 сентября 2018 в 13:04

Сохранить или поделиться

Введение

Гальваническая развязка (изоляция), обычно называемая просто развязкой, является способом, в соответствии с которым отдельные части электрической системы могут обладать различными потенциалами земли. Двумя наиболее распространенными причинами создания развязки является безопасность от сбоев в продуктах промышленного класса, и там, где требуется проводная связь между устройствами, каждое из которых имеет собственный источник питания.

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

Методы изоляции сигналов

Оптоизоляторы

Когда требуется, чтобы между двумя частями схемы с разными потенциалами земли проходил сигнал, популярным решением является оптоизолятор (оптопара). Оптоизолятор представляет собой фототранзистор, который открывается («включается»), когда внутренний светодиод находится под напряжением. Свет, излучаемый внутренним светодиодом, является путем прохождения сигнала, и, таким образом, изоляция между потенциалами земли не нарушается.

Рисунок 3 – Схема типового оптоизолятора

Датчик Холла

Другим методом передачи информации между электрическими системами с раздельными потенциалами земли является использование датчика, основанного на эффекте Холла. Датчик Холла детектирует индукцию неинвазивно и не требует прямого контакта с исследуемым сигналом и не нарушает изолирующий барьер. Наиболее распространенное использование проходящей индукционной информации через цепи с различными потенциалами земли – это датчики тока.

Рисунок 4 – Датчик тока, используемый для измерения тока через проводник

Заключение

Гальваническая развязка (изоляция) – это разделение электрических систем/подсистем, в которых может протекать не постоянный ток, и которые могут иметь различные потенциалы земли. Развязку можно разделить на основные категории: по питанию и по сигналу. Существует несколько способов достижения развязки, и в зависимости от требований к проекту некоторые методы могут быть предпочтительнее других.

Практический пример

Рисунок 5 – Схема проекта PoE (Power over Ethernet, питание через Ethernet) на основе контроллера TPS23753PW

На схеме выше несколько трансформаторов и оптоизолятор используются для создания импульсного источника питаний, который используется в устройствах Ethernet PD (Powered Device, питаемое устройство). Разъем J2 имеет внутренние магниты, которые изолируют всю систему от источника PoE. T1 и U2 изолируют источник питания (слева от красной линии) от стабилизированного выхода 3,3 В (справа от красной линии).

Оригинал статьи:

Теги

Гальваническая развязкаДатчик ХоллаЕмкостная связьКонденсаторОптопараОптронРазвязкаТрансформаторТрансформаторная развязкаТрансформаторная связь

Сохранить или поделиться

На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять
комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.

В случае комментирования в качестве гостя (без регистрации на disqus.com) для публикации
комментария требуется время на премодерацию.

Модули гальванической развязки | Продукция — барьеры искрозащиты (искробезопасности)

Специалистами ООО «Ленпромавтоматика» разработан ряд изделий для обеспечения гальванической развязки токовой петли 4. ..20 мА, рассчитанных на решение как типовых, так и нестандартных задач. Они включают в себя блоки гальванической развязки общепромышленного применения (МГРТП-ххх и ЛПА-702) и с функцией искрозащиты (НБИ-х2х). Все преобразователи с гальванической развязкой монтируются на DIN-рельс, а ЛПА-702 может устанавливаться как на DIN-рельс, так и на объединительную плату ЛПА-300, что позволяет существенно упростить и упорядочить монтаж, снизить вероятность ошибок, повысить повторяемость при проектировании.     Таблица 1. Сравнительные характеристики Название Количество каналов Монтаж на Температурный диапазон, °С Толщина корпуса, мм Функция взрывозащиты Сертификат СИ МГРТП-001 1 DIN-рельс -40. ..+70 6,2 (с крышкой — 8,4) — — МГРТП-011 (ЛПА-700) 1 DIN-рельс +5…+60 (без конденсации влаги) 6 (с крышкой — 7) — — МГРТП-002 2 DIN-рельс -40…+70 (без конденсации влаги) 12,5 — — МГРТП-003 3 DIN-рельс -40…+70 (без конденсации влаги) 12,5 — — ЛПА-702 2 Объединительный модуль ЛПА-300 DIN-рельс -40…+70 (без конденсации влаги) 12,5 — — НБИ-12х 1 DIN-рельс -40. ..+70 22,5 + + НБИ-22х 2 DIN-рельс -40…+70 22,5 + +   Применение преобразователей с гальванической развязкой решает следующие основные задачи: Защита цепей вторичных преобразователей от воздействия электрических напряжений и токов. Это важно при эксплуатации оборудования в условиях сложной помеховой обстановки, связанных с возможным влиянием на него несанкционированных электромагнитных воздействий, с невозможностью обеспечения качественного заземления и т. п. (например, в цехах промышленных предприятий, на транспорте, а также в условиях, где возможно возникновение субъективного фактора «человеческой» ошибки, приводящей к выводу дорогостоящего оборудования из строя). Защита пользователя от возможного электрического удара. Необходимость подобной защиты возникает при опасности воздействия электрического удара, опасного для здоровья человека, например, при построении систем медицинской диагностики. Обеспечение необходимой помехозащищённости. Эта проблема актуальна при построении измерительных прецизионных систем, например, в научных исследованиях, метрологических лабораториях и т.д.   Ключевые особенности: Модули гальванической развязки разрабатывались нашими специалистами с учётом российских условий применения, таких как неблагоприятная помеховая обстановка, нетипичные для Запада характеристики датчиков. Модули гальванического разделения не требуют отдельного источника питания, потребляя не более 2 мА от цепи 4…20 мА на канал. Гальванический разделитель сигнала 4…20 мА, как и любой другой элемент измерительного канала, вносит в него погрешность. Наши блоки имеют исключительно малую погрешность преобразования (не более ± 0,1 % от диапазона). Использование только высококачественных комплектующих, их обязательный входной контроль и тестирование готовых изделий в стендовых условиях обеспечивают высокие характеристики и надёжную работу блоков гальванического разделения производства ООО «Ленпромавтоматика». Срок гарантии на наши изделия составляет 48 месяцев. Удобство монтажа и замены: компактный корпус (от 6 мм), монтаж на DIN-рейку или объединительную плату ЛПА-300, цветовая маркировка, разъёмные клеммные колодки для подключения, подробная документация и рекомендации по применению.   <div><img src=»https://mc. yandex.ru/watch/34929040″ mce_src=»https://mc.yandex.ru/watch/34929040″ alt=»» /></div>

TR-2A Гальваническая развязка Kramer — Блоки гальванической развязки

Kramer TR-2A — изолирующие трансформаторы, предназначенные для использования в ситуациях, когда из-за некачественно выполненного заземления и различия в потенциалах «земли» страдает качество аудио- или видеосигнала. У TR-2A два аудиоканала (один стереофонический канал). Во многих случаях соединения между источниками и приемниками аудио- и видеосигнала порождают так называемые «петли заземления» на частоте электросети, сопровождающиеся нежелательными эффектами, например, полосами, движущимися по экрану, или низкочастотным шумом в аудиоканале. Изолирующие трансформаторы Kramer разрывают паразитные связи и устраняют помехи. Трансформаторы также могут быть использованы для устранения постоянного смещения в сигналах и для подавления синфазного шума (наводимого, например, на длинные кабели). Ширина полосы пропускания составляет 5,8 МГц для видеосигнала и от 20 Гц до 20 кГц для аудиосигнала, трансформаторы имеют превосходную линейность и обеспечивают полную гальваническую развязку между входом и выходом. Это чисто пассивные приборы, и их удобно использовать в выездной работе. Изолирующий трансформатор выполнен в малогабаритном корпусе серии Kramer TOOLS. Особенности * внешние контакты заземления входа и выхода * различные варианты заземления, выбираемые DIP-переключателями * питание не требуется * малогабаритный корпус. Трансформаторы входят в серию компактных, высококачественных и недорогих приборов Kramer TOOLS™.Технические характеристикиВходы Балансный аудиосигнал (1 вх. у TR-1A и 2 вх. у TR-2A): +4 дБм, 600 Ом, съемные клеммные блокиВыходы Балансный аудиосигнал (1 вых. у TR-1A и 2 вых. у TR-2A): +4 дБм, 600 Ом, съемные клеммные блокиПолоса пропускания сигнала на уровне –3 дБ 20 Гц…20 кГцОтношение сигнал/шум –83 дБ (+4 dBu, 1000 Гц)Органы управления DIP-переключатели управления заземлением входных и выходных экрановМасса 0,34 кгГабариты (Ш * Г * В) 12,1 см x 7,2 см x 3 смВ комплекте Монтажные скобыКоэффициент нелинейных искажений аудиотракта + шум менее 0,025% (+4 dBu, 1000 Гц)Максимальный размах выходного сигнала +26 dBuСвязь Трансформаторная

Технические характеристикиВходы Балансный аудиосигнал (1 вх. у TR-1A и 2 вх. у TR-2A): +4 дБм, 600 Ом, съемные клеммные блокиВыходы Балансный аудиосигнал (1 вых. у TR-1A и 2 вых. у TR-2A): +4 дБм, 600 Ом, съемные клеммные блокиПолоса пропускания сигнала на уровне –3 дБ 20 Гц…20 кГцОтношение сигнал/шум –83 дБ (+4 dBu, 1000 Гц)Органы управления DIP-переключатели управления заземлением входных и выходных экрановМасса 0,34 кгГабариты (Ш * Г * В) 12,1 см x 7,2 см x 3 смВ комплекте Монтажные скобыКоэффициент нелинейных искажений аудиотракта + шум менее 0,025% (+4 dBu, 1000 Гц)Максимальный размах выходного сигнала +26 dBuСвязь Трансформаторная

ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ РАЗВЯЗКА

02. 08.2018

Гальваническая развязка — термин все чаще появляется у производителей электротехнического оборудования. Мы — не исключение. В ассортименте бренда LC есть промышленные светильники и уличные светильники серии PLO с гальванической развязкой в драйвере.

Что же это такое? 

1. Гальваническая развязка — это специальная защита человека от воздействия электрическим током при резком скачке напряжения.

2. С помощью гальванической развязки можно подключить современное устройство даже в устаревшую сеть без заземления.

3. Гальваническая развязка решает проблемы, связанные с электромагнитной совместимостью, т.е. с ее помощью технические средства одновременно функционируют в реальных условиях эксплуатации без потери качества, а так же не создают электромагнитных помех другим техническим средствам. 

Гальваническая развязка может применяется в самых разных электрических устройствах от фена и утюга, до промышленного оборудования, которое работает от электрической сети.

 

Способов организовать гальваническую развязку несколько, в зависимости от технического принципа реализации:

1) электромеханический

Релейная развязка основывается на реле, которое соединяет цепи при определённых условиях.

2) ёмкостной

Приёмник и передатчик при этом не связаны, для передачи применяется переменное поле конденсатора.

3) оптический (оптоэлектронный)

Диодные, тиристорные, транзисторные оптопары чувствительны к свету. На их основе выполнены оптроны.

4) трансформаторный (индуктивный)

Трансформаторы и цифровые изоляторы разделяют цепи по катушкам, между которыми нет прямого взаимодействия.

На основе гальванической развязки по разным принципам работают устройства, которые позволяют передавать между разделёнными электрически элементами сигналы или энергию.

— оптрон (передаёт электросигнал через световое излучение)

— конденсатор (передаёт сигнал посредством электростатического поля)

— трансформатор (работает через магнитное поле)

СКАТ TEPLOCOM — GF гальваническая развязка Вспомогательное устройство к источнику питания

Современное газовое отопительное оборудование требует подключения к сети с заземлением. Однако практически весь старый жилой фонд оборудован двухпроводной сетью 220 В без заземления, а в этом случае обеспечить нормальную работу котла крайне затруднительно. Еще одна, чисто российская проблема. Заземление есть, но лучше бы его не было — помехи, наводки, блуждающие токи, напряжение на шине «земля» до 127 В. Увы — это не редкость. Решение этих проблем есть — СКАТ TEPLOCOM — GF гальваническая развязка

Устройство сопряжения решает проблему заземления путем гальванической развязки цепи питания котла от сети. В этом случае работа оборудования обеспечивается БЕЗ ЗАЗЕМЛЕНИЯ и отпадает необходимость правильной ФАЗИРОВКИ. TEPLOCOM — GF гальваническая развязка рассчитан на работу с настенными газовыми котлами с потребляемой мощностью до 200 ВА.

СКАТ TEPLOCOM — GF гальваническая развязка обеспечивает

• двухступенчатую стабилизацию при пониженном напряжении сети
  
• защиту оборудования от всплесков напряжения, от кратковременных и длительных перенапряжений, вызванных наводками в результате воздействия электромагнитных импульсов (грозовые разряды, коммутационные помехи и др. )
  

• Единица измерения: 1 шт
• Габариты (мм): 230x220x110
• Масса (кг): 3.80

• Номинальная мощность нагрузки, ВА 200
  
• Максимальная мощность нагрузки (не более 15 минут в течение часа), ВА, не более 250
  
• Входное (сетевое) напряжение, В 180 — 245
  
• Выходное напряжение, В 190 — 245
  

*Производитель оставляет за собой право изменять характеристики товара, его внешний вид и комплектность без предварительного уведомления продавца. Не является публичной офертой согласно Статьи 437 п.2 ГК РФ.

Гальваническая развязка: назначение и методики

Введение

Гальваническая развязка, обычно называемая изоляцией, — это условное обозначение, при котором отдельные части электрической системы могут иметь разные потенциалы заземления. Двумя наиболее распространенными причинами создания изоляции являются безопасность от неисправностей в продуктах промышленного уровня и необходимость проводной связи между устройствами, но каждое устройство регулирует свою мощность.

Методы изоляции мощности

Трансформаторы

Наиболее распространенной формой изоляции является использование трансформатора.При проектировании схемы регулирования мощности, где требуется изоляция, изолирующая часть конструкции сочетается с необходимостью повышать / понижать шину напряжения и не распознается как отдельная часть системы. В случае, если необходимо изолировать всю электрическую систему (пример: многие автомобильные аттестационные испытания требуют, чтобы источники питания были изолированы от сети переменного тока), трансформатор 1: 1 может быть включен последовательно с системой для создания необходимой изоляции.

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 надежен, чем метод трансформатора, поскольку режим отказа трансформатора — обрыв, а один из режимов отказа конденсатора — короткое замыкание. Одна из целей создания гальванической развязки от сети переменного тока состоит в том, чтобы в случае отказа пользователь был защищен от функционально неограниченного источника тока.

Рисунок 2: Пример конденсаторов, используемых для создания изоляции

Методы изоляции сигналов

Оптоизоляторы

Когда сигнал должен пройти между 2 потенциалами земли, популярным решением является оптоизолятор.Оптоизолятор — это светочувствительный транзистор, который включается при включении внутреннего светодиода. Свет, излучаемый внутренним светодиодом, представляет собой путь прохождения сигнала и, следовательно, не нарушает изолирующий барьер между потенциалами земли.

Рисунок 3: Схема типичного оптоизолятора

Датчик эффекта Холла

Другой метод передачи информации между электрическими системами с отдельными потенциалами земли — это использование датчика Холла.Датчик на эффекте Холла определяет индуктивность неинвазивно, не требует прямого контакта с рассматриваемым сигналом и не нарушает изоляционный барьер. Чаще всего индуктивная информация передается через различные потенциалы земли в токоизмерительных пробниках.

Рисунок 4: Токовый пробник, используемый для измерения тока через проводник

Заключение

Гальваническая развязка — это разделение электрических систем / подсистем, по которым может протекать непостоянный ток и могут быть разные потенциалы заземления.Изоляцию можно разделить на основные категории: силовая и сигнальная. Существует несколько методов достижения изоляции, и в зависимости от требований проекта одни методы могут быть предпочтительнее других.

Практический пример:

Рисунок 5: Схема проекта Power over Ethernet на основе контроллера TPS23753PW

В приведенной выше схеме реализованы несколько трансформаторов и оптоизолятор для создания импульсного источника питания, который используется в устройствах Power over Ethernet PD (Powered Device).Разъем J2 имеет внутреннее магнитное поле, которое изолирует всю систему от источника PoE. T1 и U2 изолируют импульсный источник питания (левая сторона красной линии) от регулируемого выхода 3,3 В (правая сторона красной линии).

Почему гальваническая развязка

Можно ли защитить производственный процесс на уровне сбора полевых данных? Да, если используется гальваническая развязка.

Благодаря гальванической развязке можно исключить основные формы помех и риск отказа электрической цепи, когда сигнал от датчика принимается блоком управления как во взрывоопасных, так и во взрывоопасных зонах.Гальваническая развязка (названная в честь итальянского физика Луиджи Гальвани) — один из наиболее важных методов преобразования сигналов, который является экономически эффективным и простым в реализации. Это метод, направленный на решение проблем при реализации общего интерфейса между датчиками и блоками управления, когда выходные сигналы от датчиков различаются по своей природе (например, ток, напряжение, сопротивление и т. Д.), Уровню или типу (например, постоянного, переменного или импульсного тока). В частности, гальваническая развязка позволяет сигналу проходить от источника к измерительному устройству через трансформаторы, оптоизоляторы или конденсаторы.

Гальваническая развязка также позволяет изолировать цепь низкого напряжения от электрической сети (в том числе между двумя или более цепями, в которых нет прямого пути проводимости) и изолировать питание от блока управления, тем самым предотвращая пики высокого напряжения. и высокое синфазное напряжение, которое может вывести из строя электронные схемы, тем самым защищая как пользователей, так и устройства измерения и управления. Изоляторы позволяют устранить шум, создаваемый общими точками цепей с разным потенциалом, при этом измерения изолированы от обработки сигналов.

Гальваническая развязка и заземление

Гальваническая развязка также необходима для устранения контуров заземления, вызванных общими заземлениями. В измерительной цепи КИП одиночное заземление обычно не вызывает никаких проблем, но все усложняется при наличии нескольких заземляющих подключений.

Каждая петля связана с разным потенциалом. Эта разница потенциалов создает токи между заземляющими опорами, которые добавляются к сигналам.Использование гальванического изолятора устраняет этот вид шума, разъединяет измерительные цепи и поддерживает целостность устройства и системы. Следует отметить, что под общей «землей» мы понимаем опорные узлы, в которых измеряются напряжения других узлов схемы.

В установках эти узлы обычно заземляются из соображений безопасности, чтобы не допустить колебания напряжения, то есть закрепить напряжение на земле. Без заземления потенциал узла может достигать опасно высоких значений (т.е.е. сотни вольт). В системе сбора данных, относящейся к промышленному процессу, нормально найти полевое заземление (на датчиках и исполнительных механизмах) и заземление в цепях сбора данных.

Оба этих узла заземлены локально, но земля не является эквипотенциальной поверхностью, и заземляющие соединения могут частично совпадать с высокими уровнями посторонних токов. Следовательно, вы получаете соединение между узлами посредством заземления, в то время как наземные узлы обычно имеют другой потенциал.Вот почему использование гальванической развязки является важной практикой безопасности, которую легко реализовать и которая обеспечивает высокий уровень возврата инвестиций.

Важно отметить, что гальванические изоляторы, как правило, являются многофункциональными устройствами, которые, помимо изолирующих цепей датчиков, также обеспечивают функции согласования сигналов, такие как (пассивное или активное) сглаживание, усиление, ослабление, согласование импеданса, нормализация измерений (в текущем , напряжение, сопротивление или частота), возбуждение с помощью измерений термометром сопротивления, термопарой, термистором, экстензометром, акселерометром и т. д.Изоляторы могут быть расположены в электрических блоках управления, в датчиках, исполнительных механизмах и контроллерах, интегрированы в платы аналого-цифрового преобразования или полевые шины, а также в мультиплексные системы.

Ассортимент продукции GMI

г. International имеет каталог десятков моделей гальванических изоляторов, которые соответствуют стандартам IEC 61508 и IEC 61511 как в версиях искробезопасности (IS) для приложений SIL2 (серии D1000 и D5000), так и в версиях без искробезопасности для приложений SIL3 (серия D6000). .Наши изоляторы D1000, D5000 и D6000 обеспечивают высокий уровень точности и повторяемости при передаче сигналов. Они также разработаны с использованием передовых схем, которые обеспечивают низкий уровень рассеивания тепла, тем самым гарантируя, что модули остаются холодными, несмотря на их высокую плотность и функциональность. Технология поверхностного монтажа (SMT) увеличивает срок службы и надежность наших устройств. Полное отсутствие электролитических конденсаторов продлевает срок службы наших модулей до 20 лет.

μArt — Преимущества гальванической развязки

Привет, друзья-инженеры и производители!

Гальваническая развязка — очень важное свойство хорошего адаптера UART, хотя некоторые люди склонны игнорировать это, заявляя: «Я никогда не работаю с высоким напряжением, поэтому он мне не нужен».Они не могли больше ошибаться. Давайте посмотрим, что это такое и почему это полезно для всех, даже если они этого еще не знают.

Эээ … гальваника что?

Гальваническая развязка позволяет разделить электронную схему на две цепи, где ток не может течь между двумя частями, но они могут обмениваться энергией или информацией. Изоляция действует как барьер для электронов, и единственный способ их обойти — это подать чрезвычайно высокое напряжение, достаточное для преодоления этого барьера (это основная причина, по которой многие думают, что это хорошо только для изоляции уровней напряжения. , но, как вы вскоре увидите, у него есть и ряд других полезных преимуществ).Это «напряжение пробоя» обычно составляет не менее пары сотен вольт, а часто и намного выше. Целью гальванической развязки является полное предотвращение протекания тока между двумя частями схемы, поэтому ее размер / выбирается таким образом, чтобы обеспечить более высокое напряжение пробоя, чем то, что может когда-либо видеть приложение, даже при наличии неисправностей и ошибок.

Подождите, если через барьер нет соединений, как информация передается между двумя сторонами? Что ж, с помощью электрических средств это не так! Это решается другими методами, чаще всего с использованием света через компоненты, называемые оптопарами, но есть и другие решения.

Теперь, когда мы рассмотрели основы и узнали, что такое гальваническая развязка, давайте посмотрим, зачем она вам нужна.

Изоляция от аномальных напряжений

Давайте начнем с самой очевидной причины, о которой все думают: изоляция от высоких напряжений. Поскольку одна сторона изоляции не «видит» напряжение на другой стороне, и ток не может течь между ними, это означает, что две цепи могут безопасно обмениваться информацией через гальваническую развязку, даже если они используют несовместимые или совершенно опасные уровни напряжения.Предположим, что на стороне ввода-вывода (UART) μArt каким-то образом напряжение выше нормы. Допустим, ваша прикладная схема питается от сети 12 В или даже 230 В. Конечно, эти напряжения не должны появляться на линиях UART, но в случае неисправности это может произойти по разным причинам, например, неисправность компонента, инородное металлическое тело, вызывающее нежелательное короткое замыкание, ошибка пользователя или просто конструкция. ошибка. Без гальванической развязки эти напряжения, скорее всего, вызвали бы поломку любого компонента в самом преобразователе UART, в результате чего высокое напряжение появилось бы на вашей шине USB, мгновенно и навсегда повредив ваш компьютер, возможно, даже вызвав травмы человека. Теперь μArt рассчитан не более чем на рабочее напряжение 5,4 В, поэтому в таком случае ваш μArt все равно будет испорчен. Но важно то, что гальваническая развязка гарантирует, что, несмотря на повреждение μArt, высокие уровни напряжения не могут пересечь изолирующий барьер внутри адаптера UART, защищая ваш компьютер стоимостью более 1000 долларов, предотвращая возгорание некоторых кабелей и значительно уменьшая угрозу для людей. .

Здесь важно отметить, что в отличие от распространенного заблуждения, вам не нужно работать с высокими напряжениями, такими как 230 В, чтобы воспользоваться этой защитой.При 230 В последствия просто более сильны и становятся опасными для человека, но любое напряжение выше 5 В (обычно 12 В) может повредить USB-порт вашего компьютера, а гальваническая развязка обеспечивает эффективную и надежную защиту. Более того, поскольку через барьер не может протекать ток, он также надежно защищает ваш компьютер от других явлений, таких как перегрузка по току, обратный ток, короткое замыкание или высокие переходные процессы.

Безопасный и беспроблемный зондирование оборудования

Хорошо, значит, вы один из тех, кто утверждает, что никогда не будет работать с напряжением 5+ вольт (например, 12 В), и в противном случае вы никогда не ошибетесь, и ваши схемы никогда не выйдут из строя .Хорошо, я совершенно уверен, что это смелое заявление во многих аспектах, но я подыграю. Гальваническая развязка по-прежнему вам очень пригодится.

Видите ли, без гальванической развязки земля (GND) вашей схемы электрически соединена с выводом GND порта USB через путь с низким сопротивлением. Многие люди не осознают, что порт USB компьютера часто связан с заземлением, то есть заземление USB на самом деле подключено к земле вашей электросети 230 В. И да, это все еще верно, даже если на вашем компьютере есть изолированный источник питания.Не пугайтесь, это совершенно нормально, безопасно и так и должно быть. Но бывают случаи, когда он вас укусит. Взгляните на следующую диаграмму.

Здесь вы видите, что пользователь пытается проверить свою прикладную схему с помощью осциллографа. Его наконечник пробника может быть подключен где угодно, или может не подключаться вообще. Но учтите, что заземляющий провод осциллографа обычно также имеет заземление от сети, то есть ваш осциллограф и ваше приложение соединяются не только через пробник, но и через заземление сети.Может быть, вы уже понимаете, к чему это может привести. Если вы подключите заземляющий провод вашего щупа, скажем, к шине питания вашей цепи, вы просто закоротите источник питания. Сначала это может показаться невозможным, потому что вы, казалось бы, подключили только один провод (зонд GND), так как же может течь ток без замыкания цепи? Итак, цепь замкнута и проходит через общую сетевую землю, которую используют и ваш осциллограф, и компьютер. Хотите вы этого или нет, но ваш пробник GND неявно подключен к GND вашей собственной цепи.

Это означает, что подключение заземления пробника в любом месте, кроме цепи GND, может привести к короткому замыканию шины питания или, по крайней мере, к сгоранию цифрового выходного контакта. Возможные последствия варьируются от плохих до трагических, от отсутствия повреждений, но схема магическим образом не работает, когда вы ее проверяете, до поврежденных компонентов или даже повреждения компьютера и / или вашего дорогостоящего осциллографа. Вы можете спросить: «Но зачем мне подключать GND моего щупа к какому-либо другому устройству, кроме GND цепи»? Что ж, вы можете этого не хотеть, но это все равно может случиться и на практике случается иногда (проскальзывание заземляющего провода при подключении, соскакивание зажима зонда, запоминание пользователем ложного контакта, надзор со стороны человека и т. Д.).

Конечно, все это не проблема, если вы используете гальванически изолированный адаптер, такой как μArt, потому что он разрывает неявное соединение между GND вашего приложения и GND оборудования. Важный вывод здесь заключается в том, что даже при совершенно нормальных уровнях напряжения TTL / CMOS 5 В или менее использование испытательного и лабораторного оборудования намного безопаснее и с меньшей вероятностью приведет к повреждению с помощью μArt.

Чувствительные к шуму схемы

Но подождите, это еще не все! Как только что обсуждалось выше, при использовании неизолированного адаптера UART заземление вашей собственной схемы будет подключено к заземлению USB вашего компьютера и, в свою очередь, вероятно, также к заземлению сети.Более того, выходные сигналы высокого уровня (логическая «1») преобразователя UART будут подаваться через шину питания USB компьютера. Это означает, что существует несколько способов электрического шума, генерируемого другими USB-устройствами, электрического шума, генерируемого внутри вашего компьютера, и, в некоторой степени, даже шума, генерируемого другими приборами в вашем доме / лаборатории, для кондуктивного соединения в вашу собственную цепь, как шин напряжения, так и данных. линии. Обратите внимание, что это может произойти, даже если ваша схема запитана от собственного независимого и малошумящего источника питания.Хотя часто это не проблема, иногда она возникает, например, при использовании высокоточных аналого-цифровых преобразователей, схем тензодатчиков, чувствительных радиочастотных компонентов и других прецизионных аналоговых устройств. В таких случаях шум, передаваемый через адаптер UART, может привести к тому, что ваше приложение будет выдавать ненужные результаты или вообще помешать его правильной работе.

Гальваническая развязка

значительно поможет с изоляцией контуров кондуктивного шума и заземления, поэтому гальванически развязанный адаптер UART, такой как μArt, является более универсальным, поскольку он больше подходит для использования с приложениями, в которых используются чувствительные и прецизионные аналоговые компоненты.

μArt

Как уже должно быть очевидно, гальваническая развязка в μArt играет большую роль в том, чтобы сделать этот адаптер UART более безопасным, простым в использовании и более универсальным. Кроме того, это также делает естественным доступным функцию автоматического определения напряжения. Несмотря на свою полезность, гальваническая развязка часто не используется в адаптерах UART, отчасти потому, что это значительный фактор стоимости (компоненты изоляции недешевы), а иногда потому, что неопытные инженеры склонны думать, что она ограничивает скорость связи, поскольку оптопары относительно медленные. ΜArt решает эту проблему, полагаясь на магнитную связь вместо оптопар, которая обеспечивает те же преимущества без ограничения скорости. Однако реального способа обойти рост стоимости нет, но μArt никогда не задумывался как самый дешевый — он должен был быть лучшим и самым надежным.

В чем разница между гальваническим изолятором и изолирующим трансформатором?

Если у вас есть береговое питание на лодке и вы используете его в марине для зарядки аккумуляторов, то эта статья для вас.Для защиты от разрушающего воздействия гальванической коррозии между вашей лодкой, лодкой вашего соседа и пристанью вам потребуется некоторый метод «изоляции» вашей лодки. Из двух вариантов гальванические изоляторы недороги и просты в установке, но могут выйти из строя, что потребует регулярной проверки. Изолирующие трансформаторы намного дороже и очень тяжелые, но почти никогда не выходят из строя. Давайте посмотрим на оба.

Наиболее распространенный метод — установка гальванического изолятора на защитное заземление берегового источника питания. Это предотвратит прохождение всех токов постоянного тока низкого напряжения по проводу заземления берегового источника питания. Основа гальванического изолятора — это просто четыре диода и конденсатор. Устройство блокирует потенциал до 1,2 В постоянного тока между землей берегового источника питания и землей моря. Раньше эти устройства приходилось тестировать вручную, чтобы никогда нельзя было быть уверенным, что они работают. ABYC недавно представила новый стандарт, согласно которому гальванические изоляторы включают в себя монитор, к сожалению, это привело к увеличению цены.

Изолирующие трансформаторы

блокируют все перепады напряжения постоянного тока. Кроме того, они обеспечивают дополнительную защиту ваших бортовых электрических и электронных систем.

Плюсы и минусы?

Гальванические изоляторы

защищают только до 1,2 В постоянного тока, и есть вероятность, что оно может быть выше, что приведет к коррозии, даже если у вас правильно установлен гальванический изолятор. Они не всегда выдерживают срабатывания выключателя, и активные мониторы должны соответствовать стандарту ABYC.Как профессионал, он меньше весит и стоит меньше.

Изолирующие трансформаторы

блокируют все перепады постоянного напряжения между береговой сетью и морской землей в целях коррозии, позволяют отключать все выключатели без повреждения трансформатора и защищают от паразитных токов переменного тока в целях коррозии.

Гальваническая развязка в системах сбора данных

Автор: Грант Малой Смит, эксперт по сбору данных

В этой статье мы узнаем о важности изоляции в системах сбора данных (DAQ), описав ее достаточно подробно, чтобы вы:

• См. , что означает электрическая изоляция
• Узнайте о различных способах достижения изоляции
• Понимать важность изоляции в процессе сбора данных и его измерениях

Готовы начать? Пойдем!

Что такое электрическая изоляция?

Гальваническая изоляция, иногда также называемая гальванической изоляцией, — это отделение цепи от других источников электрического потенциала.

Зачем нужна изоляция?

Мешающие потенциалы могут быть как переменного, так и постоянного тока. Например, когда датчик размещается непосредственно на тестируемом изделии (например, источнике питания), имеющем потенциал над землей (то есть больше 0 В), это может вызвать смещение постоянного тока в сигнале. Электрические помехи или шум также могут принимать форму сигналов переменного тока, создаваемых другими электрическими компонентами на пути прохождения сигнала или в окружающей среде вокруг испытания.

Изоляция особенно важна для аналоговых входных сигналов, которые мы хотим измерить.Многие из этих сигналов существуют на относительно низких уровнях, и внешние электрические потенциалы могут сильно влиять на сигнал, что приводит к неправильным показаниям. Представьте себе выход термопары, который составляет всего несколько тысяч вольт, и как легко он может быть подавлен электрическими помехами.

Даже обычная электросеть в наших зданиях генерирует электрическое поле частотой 50 или 60 Гц, в зависимости от вашей страны. Вот почему лучшие системы сбора данных имеют изолированные входы — чтобы сохранить целостность сигнальной цепи и гарантировать, что выходные данные датчика действительно являются считанными.

Существуют также высокие напряжения, которые при перекрестном соединении с неизолированной системой могут повредить или разрушить дорогостоящее оборудование. В худшем случае это может привести к физическим повреждениям или даже смерти оператора-испытателя. Как правило, опасными для людей считаются напряжения, превышающие 30 В (среднеквадратичное), 42,4 В переменного тока или 60 В постоянного тока.

В мире испытаний и измерений предотвращение или устранение контуров заземления Перегрузка синфазного напряжения и имеет решающее значение для проведения точных измерений, защиты испытательного оборудования и объектов при испытании и, что наиболее важно, защиты людей от опасного напряжения. потенциалы.

Прежде чем наши сигналы пройдут через усилитель и отправятся в аналого-цифровые преобразователи, мы должны убедиться в их целостности, и лучший способ сделать это — использовать изоляцию.

Когда необходима изоляция?

Более простой вопрос может быть: «Когда изоляция НЕ нужна?» Задайте себе следующие вопросы при рассмотрении вопроса о том, требует ли ваше приложение изолированных входов:

• Опасно ли высокое напряжение рядом с ? (Снаружи провода высокого напряжения? Электрогенераторы?)
• Есть ли в одном здании или в одной электросети больших двигателей, турбин, сварочных аппаратов или любых других устройств, использующих большой ток?
• Колеблется или изменяется потенциал земли вашей энергосистемы?
• Будет ли ваша система электропитания когда-либо подвержена скачкам или переходным процессам электрического тока ? Вы находитесь в зоне с высоким потенциалом и ?
• Вы проводите измерения сигнала уровня очень милливольт непосредственно на компонентах или структурах, которые могут находиться под другим потенциалом напряжения?

Если один или несколько из них относятся к вам, то, вероятно, необходимы изолированные входы.

Давайте посмотрим на измерительную среду в ключевых приложениях сбора данных и их возможные источники помех сигнала:

Понятно, что практически не существует крупного приложения, которое не подвергалось бы помехам со стороны естественной или антропогенной среды, которые можно было бы уменьшить или полностью устранить изолированными входами.

Измерительные системы, которые не имеют изолированных входов, дешевле, чем системы с ними. Однако какой смысл в измерительной системе, если не в точных и бесшумных измерениях?

Проблемы с синфазным напряжением и решение

Синфазные напряжения — это нежелательные сигналы, которые попадают в измерительную цепочку, обычно от кабеля, соединяющего датчик с измерительной системой. Иногда их называют «шум », эти напряжения искажают реальный сигнал, который мы пытаемся измерить.В зависимости от их амплитуды они могут варьироваться от «незначительного раздражения» до полного затенения реального сигнала и нарушения измерения.

Представление дифференциального усилителя

Самый простой подход к устранению синфазных сигналов — использование дифференциального усилителя. Этот усилитель имеет два входа: положительный и отрицательный. Усилитель измеряет только разницу между двумя входами.

Электрический шум на кабеле нашего датчика должен присутствовать на обеих линиях — положительной линии сигнала и линии заземления (или отрицательной линии сигнала). Дифференциальный усилитель отклоняет сигналы, общие для обеих линий, и пропускается только сигнал, как показано на рисунке ниже:

Дифференциальный усилитель успешно устраняет синфазные напряжения в пределах входного диапазона CMV

Это отлично работает, но есть пределы того, сколько синфазного напряжения (CMV) усилитель может отклонить. Когда CMV, присутствующий в сигнальных линиях, превышает максимальный входной диапазон CMV дифференциального усилителя, он будет «ограничиваться».В результате получается искаженный, непригодный для использования выходной сигнал, как показано ниже:

Дифференциальный усилитель искажает или «зажимает», когда его входной диапазон в синфазном режиме превышен

Итак, в этих случаях нам понадобится дополнительный уровень защиты от CMV и электрических шумов в целом (а также от контура заземления, о котором пойдет речь в следующем разделе) — изоляция .

Изолированный вход усилителя «плавает» выше синфазного напряжения. Они разработаны с изолирующим барьером с напряжением пробоя 1000 вольт и более.Это позволяет ему подавлять очень высокий CMV-шум и устранять контуры заземления.

Изолированный дифференциальный усилитель подавляет даже очень высокое синфазное напряжение

Изолированные усилители

создают этот изолирующий барьер с помощью крошечных трансформаторов для развязки («плавающего») входа от выхода, небольших оптопар или емкостной связи. Последние два метода обычно обеспечивают наилучшую пропускную способность.

Что такое коэффициент подавления синфазного напряжения — CMRR

Коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) дифференциального усилителя (или других устройств) — это показатель, используемый для количественной оценки способности устройства отклонять синфазные сигналы, т.е.е. те, которые появляются одновременно и синфазно на обоих входах.

Идеальный дифференциальный усилитель имел бы бесконечный CMRR. Однако на практике это недостижимо. Высокий CMRR требуется, когда дифференциальный сигнал должен быть усилен при наличии возможно большого синфазного входа, такого как сильные электромагнитные помехи (EMI).

Проблемы контура заземления и решение

Если их не предотвратить, контуры заземления могут стать серьезной проблемой для измерительных систем.Иногда называемый «шумом», контур заземления возникает из-за непреднамеренного подключения электрического оборудования к более чем одному пути к земле — любая разница потенциалов в этих точках заземления может вызвать токовую петлю, которая может привести к искажениям сигнала. Если амплитуда этих искажений достаточно высока, это может испортить измерение.

На рисунке ниже измерительный усилитель подключен к земле (GND 1) с одной стороны. Для подключения датчика используется асимметричный экранированный кабель, металлический корпус которого размещен на проводящей поверхности в точке GND 2.Из-за длины кабеля существует разница потенциалов между GND1 и GND 2. Эта разность потенциалов действует как источник напряжения, взаимодействуя с электромагнитным шумом из окружающей среды.

Контур заземления, вызванный разностью потенциалов земли

Если датчик может быть отсоединен от GND2, это может решить проблему. Но иногда это невозможно. Кроме того, иногда ссылка на экран кабеля требуется по правилам безопасности, поэтому его не следует удалять.

Лучшее решение — использовать дифференциальный усилитель в изолированном формирователе сигнала. С одним этим изменением проблема решена.

Устранение проблем с дифференциальным потенциалом земли через изоляцию

Контуры заземления также могут поступать от самого прибора через его собственный источник питания. Помните, что наша измерительная система подключена к источнику питания, у которого есть заземление. Поэтому очень важно отделить эту ссылку от компонентов обработки сигналов прибора, чтобы гарантировать невозможность создания контуров заземления внутри прибора.

Заземление, индуцированное источником питания

Этот сценарий может стать опасным при неисправности проводки. Если посмотреть на путь высокого тока от источника питания, что произойдет, если обратная линия будет разорвана? Вся энергия будет направлена ​​через часть формирования сигнала системы сбора данных. Это может привести к повреждению или разрушению всей системы и даже к опасным последствиям для человека, оператора инструмента.

Опасность замыкания цепи заземления источника питания

Из-за полной изоляции пути прохождения сигнала от источника питания описанный выше сценарий невозможен.

Изоляционные домены

Есть два основных домена, в которых может быть достигнута изоляция:

Изоляция аналогового домена

Изоляция аналоговой области используется с выходами аналоговых датчиков. Эта изоляция происходит в аналоговой области, то есть перед подсистемой АЦП.

Системы изоляции аналоговых доменов

В любой аналоговой системе развязки критически важно, чтобы точность усиления и смещения была достаточно высокой, потому что мы не хотим оцифровывать неправильные сигналы.

Изоляция цифрового домена

Когда наши сигналы являются цифровыми, для начала мы можем использовать методы цифровой изоляции для защиты наших сигналов, системы и людей-операторов.

Системы изоляции цифровых доменов

В этом случае изолирующий барьер отделяет внешний сигнал от воссоздания внутри цепи. Затем изолированный цифровой сигнал может быть направлен на микропроцессоры, ПЛИС, драйверы затвора и т. Д.

Теперь давайте посмотрим на три основных типа техники развязки, которые используются как для аналоговой, так и для цифровой развязки.

Три основных метода изоляции

Существует несколько подходов к созданию изолирующего барьера между источником сигнала и остальной частью системы:

• Оптическая изоляция
• Индуктивная изоляция
• Изоляция емкостная

Давайте рассмотрим каждый из них в этом разделе.

Оптическая изоляция

Оптическая изоляция — один из самых популярных и эффективных методов изоляции сигнала от остальной системы и внешнего мира. Электрический сигнал поступает на светодиод, который передает его через диэлектрический изолирующий барьер на фотодиод, который преобразует его обратно в электрический сигнал.

Оптическая изоляция с помощью светодиода (слева) и фотодиода (справа)

Преобразуя электрический сигнал в свет, а затем обратно в электричество, он полностью изолирован от внешнего мира. Свет не подвержен электромагнитным (EMI) или радиочастотным (RFI) помехам, что является неотъемлемым преимуществом этого подхода.

Однако оптопары не так быстры, как сам свет — они ограничены скоростью переключения светодиода. Как правило, они медленнее индуктивных или емкостных изоляторов. Кроме того, интенсивность светодиодного света со временем будет снижаться, что потребует повторной калибровки или замены.

Индуктивная развязка

Инженеры знают, что электрический ток создает магнитное поле. Посылая сигнал в обмотку и располагая его рядом с идентичной обмоткой и параллельно с ней, представление сигнала будет индуцировано или «введено» во вторую обмотку.

Индуктивная изоляция с использованием обмоток, разделенных электрическим изолятором

При индуктивной развязке связи между обмотками помещается электрический изолирующий барьер, так что от первой обмотки ко второй проходят только те сигналы, которые индуцированы магнитным полем, и нет прямого контакта через барьер. Индуктивные ответвители имеют очень широкую полосу пропускания и чрезвычайно надежны, но на них могут влиять близлежащие магнитные поля.

Емкостная изоляция

Емкостные изоляторы пропускают сигнал через изолирующий барьер, обычно сделанный из диоксида кремния. Они не могут пропускать сигналы постоянного тока, что делает их очень хорошими в блокировке синфазных сигналов. Сигнал преобразуется в цифровой, а затем воспроизводится на другой стороне барьера с использованием емкостной связи.

Емкостной изолятор с емкостной связью для воссоздания сигнала на другой стороне изолирующего барьера

В отличие от индуктивной изоляции, емкостная изоляция не подвержена магнитным помехам. Эти изоляторы характеризуются высокой скоростью передачи данных и длительным сроком эксплуатации. Емкостные изоляторы доступны с различными номиналами, чтобы обеспечить необходимый уровень защиты от сбоев и возможных коротких замыканий.

Сравнение методов изоляции

Вот общее сравнение наших трех основных методов изоляции:

Основные термины изоляции

Учитывая всю вышеизложенную информацию, кажется очевидным, что наши измерительные системы должны иметь изолированные аналоговые входы. Но когда вы просматриваете спецификации изоляции различных систем измерения и формирователей сигналов, вы можете обнаружить, что они определены такими терминами, как « канал-земля » и « канал-канал ». Что означают эти термины и как они соотносятся друг с другом?

Изоляция канал-земля

Изоляция канал-земля определяет максимальное напряжение, которое может быть между входом канала и землей прибора. Обычно заземление инструмента связано с землей источника питания.Изолируя сигнальную землю от земли шасси, мы можем устранить большинство проблем с контуром заземления.

Изоляция канала и земли с дифференциальными усилителями SIRIUS

Иногда это также называют изоляцией входа-выхода. Все каналы имеют общую землю, которая изолирована от земли или потенциала земли прибора. Это не было бы ограничением, если бы к системе был подключен только один источник сигнала. Но когда подключаются дополнительные сигналы, каждый из которых имеет разность потенциалов земли, это может привести к шуму во всех сигналах и проблемам с общим режимом.

Если два или более канала имеют общую землю, то они гальванически не изолированы. Будьте осторожны, когда в приборе упоминается только изоляция входа-выхода или канала-земли.

Изоляция между каналами

Межканальная изоляция определяет максимальное напряжение, которое может быть между каналом и любым другим каналом. Например, каналы не могут использовать общую шину заземления. Каждый канал также должен быть изолирован от остальной системы, например источник питания системы, заземление корпуса и т. д.Если все каналы изолированы друг от друга, то они обязательно также изолированы от земли, поэтому изоляция канал-земля включена в межканальную изоляцию.

Изоляция каналов с изолированными усилителями SIRIUS

Итак, если в системе есть изоляция канал-земля, это не обязательно означает, что она имеет межканальную изоляцию. НО, если система имеет изоляцию канал-канал , то она также должна иметь изоляцию канал-земля.

Системы

SIRIUS DAQ от Dewesoft обеспечивают изоляцию как между каналами, так и между каналами и землей, как показано в этом коротком видео:

Диэлектрическая прочность

Диэлектрическая прочность — это максимальный уровень напряжения, при котором изолирующий барьер может предотвратить прохождение сигнала. Различные изоляционные материалы имеют разную диэлектрическую прочность, измеряемую в Vrms / мкм. Сам воздушный зазор обычно рассчитан на 1 В среднеквадратического значения / мкм, тогда как эпоксидные смолы могут быть в 20 раз лучше, а диоксид кремния, содержащийся во многих емкостных изоляционных барьерах, составляет примерно 500 В среднеквадратичного значения / мкм.Существуют и другие материалы, обычно используемые в барьерах, включая полиимиды, используемые в емкостных изоляторах, и эпоксидные формовочные компаунды с диоксидом кремния, которые часто встречаются в оптических изоляторах.

Изолированные системы сбора данных Dewesoft

Системы сбора данных SIRIUS

Высокоскоростные системы сбора данных SIRIUS доступны в широком спектре физических конфигураций:

• Модульные слайсы SIRIUS: подключение к компьютеру через USB или EtherCAT
• R3: система сбора данных в 19-дюймовую стойку
• R1 / R2: автономные системы сбора данных, которые включают в себя встроенный компьютер, дополнительный дисплей и батареи.
• R4: автономные системы сбора данных, включающие встроенный компьютер.
• R8: автономные системы сбора данных с большим количеством каналов, которые включают в себя встроенный компьютер, дополнительный дисплей и батареи.

Линейка продуктов SIRIUS DAQ

Если вы посмотрите на формирователи сигналов SIRIUS DualCore и SIRIUS HS (High-Speed) от Dewesoft, вы увидите, что все эти модули обеспечивают межканальное напряжение изоляции и канал-земля, равное 1000 В . Усилители SIRIUS HD (High Density) имеют изоляцию ± 500 В и в парах.

Видео ниже демонстрирует изоляцию SIRIUS DAQ на практике в реальном сценарии:

В реальном мире сбора данных часто бывает больше, чем просто входные сигналы — формирователи сигналов часто обеспечивают напряжение или ток возбуждения для питания датчиков. Тензодатчики, RTD, LVDT и акселерометры IEPE — все это хорошие примеры датчиков, которым требуется питание.

Иногда производители систем сбора данных не замечают, что важно, чтобы эти линии возбуждения были изолированы, поэтому Dewesoft обеспечивает изоляцию и / или дифференциальные входы и защиту от перенапряжения с возможностью прямого замыкания на землю в своей линейке продуктов и защищает ее инструменты и люди-операторы из контуров заземления.

Системы сбора данных KRYPTON и KRYPTON ONE

KRYPTON — это линейка продуктов повышенной прочности, доступных от Dewesoft. KRYPTON, выдерживающий экстремальные температуры, удары и вибрацию, имеет класс защиты IP67, защищая их от воды, пыли и т. Д. Они подключаются к любому компьютеру с Windows через EtherCAT и могут быть разделены на расстояние до 100 метров (328 футов), что позволяет размещать их рядом с источником сигнала. Как и SIRIUS, они используют самое мощное программное обеспечение для сбора данных на рынке — DewesoftX.

Типичный многоканальный модуль KRYPTON с подключенными различными адаптерами DSI

Эти чрезвычайно надежные системы также доступны в одноканальных модулях под названием KRYPTON ONE . И многоканальные, и одноканальные модули KRYPTON обеспечивают одинаковый уровень производительности и экологической устойчивости.

Вверху слева: модуль KRYPTON ONE 1xTH-HV
Справа: модуль KRYPTON ONE 1xHV

Что касается изоляционных характеристик, KRYPTON и KRYPTON-1 обеспечивают:

Одноканальные модули KRYPTON ONE
	АО	DI	DO	ACC	СТГ	LV	HV	TH-HV	CNT
Тип	Аналоговый Выход	Цифровой Вход	Цифровой Выход	IEPE Напряжение	Напряжение Напряжение	Низкое Напряжение	Высокое Напряжение	Температура	Счетчик Энкодер Цифровой
Напряжение изоляции	НЕТ	Galv.	Galv.	125 В среднекв.	125 В среднекв.	125 В среднекв.	1000 В CAT II 600 В CAT III	1000 В CAT II 600 В CAT III	НЕТ
Межканальный		√	√	√	√	√	√	√
канал-земля		√	√	√	√	√	√	√

В приведенной выше таблице Diff.означает Дифференциальный и Galv. относится к гальванической развязке.

Системы сбора данных IOLITE

IOLITE — это уникальный продукт, который сочетает в себе основные возможности промышленной системы управления в реальном времени с мощной системой сбора данных. С IOLITE сотни аналоговых и цифровых каналов могут быть записаны на полной скорости, одновременно отправляя данные в реальном времени на любой мастер-контроллер EtherCAT стороннего производителя.

Слева: система для монтажа в стойку IOLITEr с 12 слотами для модулей ввода
Справа: настольная система IOLITEs с 8 слотами для модулей ввода

Что касается характеристик изоляции, IOLITE обеспечивает:

Гальванически изолированные интерфейсы LVDS | Analog Devices

В нашу эпоху автоматизации, оцифровки и индустрии 4. 0 передача сигналов и данных становится все более важной. Для объединения в сеть машин, систем и даже отдельных датчиков, используемых в этих приложениях как на производственной площадке, так и за ее пределами, требуется не только стабильная инфраструктура, но и безопасные, быстрые, высокоточные, бесперебойные и широкополосные тракты передачи, которые могут потребоваться. выдерживают чрезвычайно суровые условия окружающей среды в зависимости от области применения. Существует несколько различных методов передачи данных: проводной, беспроводной, последовательный и параллельный.У всех подходов есть свои преимущества и недостатки, которые необходимо тщательно сравнивать друг с другом для каждого случая применения.

В отличие от проводных систем, беспроводные технологии зависят, например, от ряда критических параметров, различных компонентов и текущих воздействий окружающей среды. Важным аспектом радиосвязи является диапазон радиосвязи, который зависит от расположения передающей и приемной антенн, мощности передачи, условий окружающей среды и диапазона частот. Таким образом, при планировании приложений радиопередачи необходимо учитывать соответствующие критерии, особенно в отношении дальности и, следовательно, качества принимаемого сигнала.

В прошлом пропускной способности в несколько Мбит / с было достаточно для таких приложений, как преобразователи интерфейсов или промышленные объединительные платы. Частично необходимая изоляция различных интерфейсов, таких как последовательный периферийный интерфейс (SPI) или RS-485, по-прежнему может быть реализована с помощью стандартных решений. Однако современные тенденции, такие как Индустрия 4.0 и Интернет вещей (IoT) требуют обильных измерений и чрезвычайно сложных систем управления с более высокими скоростями передачи данных или пропускной способностью, которые, в свою очередь, должны нести интерфейсы. Из-за этих и других растущих требований к интерфейсам, таких как дополнительная безопасность в виде более высокой диэлектрической прочности, большей надежности и меньших требований к пространству, традиционных решений уже недостаточно. Цифровые изоляторы и здесь представляют собой лучшее решение, поскольку они не только удовлетворяют повышенным требованиям безопасности, производительности и надежности, упомянутым выше, но также предлагают интегрированную изоляцию и несколько входов и выходов.

Общий метод, используемый в приложениях передачи сигналов, включает низковольтную дифференциальную сигнализацию (LVDS). Это включает установленный стандарт интерфейса (TIA / EIA-644) для последовательной передачи данных, который отличается высокой помехоустойчивостью, помимо чрезвычайно энергосберегающих свойств и высокой скорости передачи данных до нескольких Гбит / с. Эти положительные характеристики могут быть связаны с внутренним управлением током или ограничением модулей драйвера до 3 мА.Дифференциальное напряжение сигнала составляет всего 20 мВ. Однако впоследствии он усиливается обратно до логического уровня 300 мВ (дифференциал) на стороне приемника. Это обеспечивает, среди прочего, чрезвычайно низкие электромагнитные помехи (EMI) и чрезвычайно высокую скорость переключения.

Интерфейсы

LVDS часто используются с системами управления и регулирования, в которых большие объемы данных должны передаваться между электронными цепями или между короткими отрезками кабеля. Они также используются для синхронизации различных компонентов в полном приложении, очень быстро распределяя тактовые сигналы на соответствующие компоненты.Аналоговые интерфейсы (AFE) в промышленных измерительных приложениях и системах управления считаются одними из типичных приложений для LVDS. Однако они также обычно используются для реализации цифровых интерфейсов между несколькими узлами данных и при передаче видеосигналов, например, через HDMI. ^® Еще один аспект, которым нельзя пренебрегать, — это возможность гальванической развязки, которую обеспечивают схемы LVDS. Следовательно, они также используются везде, где требуется изоляция интерфейсов связи, например, в электронных схемах или объединительных платах.

Объединительные платы

— это печатные платы с несколькими разъемами для размещения различных дополнительных модулей платы. Это позволяет легко расширять базовую систему по принципу «plug and play» для включения дополнительных сборок. Однако дополнительные модули часто подвергаются переходным процессам высокого напряжения, потому что во многих приложениях они находятся в прямом контакте с компонентами, подключенными к распределительной сети. Дополнительные модули соответственно уязвимы для внешних событий, таких как удары молнии. Электростатический разряд, вызванный контактом с человеком или внутренними конденсаторами, которые внезапно заряжаются, заряжаются с обратной полярностью или разряжаются при подключении или отключении дополнительных модулей, также может привести к сильным переходным процессам.Таким образом, без надежно изолированного интерфейса для системы не обойтись. В противном случае подключенные узлы могут быть легко повреждены, а пользователи могут подвергнуться опасности в случае скачков напряжения. Функционально изолированные интерфейсы связи также подходят для промышленных измерительных приборов, поскольку изолированные интерфейсы обеспечивают плавающее заземление, например, между аналого-цифровыми преобразователями и микроконтроллерами. Это позволяет изолировать измеряемые сигналы от влияния и помех или влияний и помех со стороны остальной части приложения.

Разнообразные продукты для реализации изолированных интерфейсов LVDS уже представлены на рынке. Analog Devices предлагает очень эффективное и надежное решение с семейством изолированных LVDS, состоящим из ADN4650, ADN4651 и ADN4652, которое поддерживает скорость передачи данных до 600 Мбит / с и одновременно соответствует стандартным значениям неизолированных интерфейсов LVDS. Для сравнения, стандартные цифровые изоляторы могут достигать скорости всего 150 Мбит / с. Очень высокие скорости передачи данных, несмотря на существующую изоляцию, возможны благодаря технологии i Coupler ^® .Это включает в себя воспроизведение трансформатора в микроэлектромеханических системах (MEMS), что обеспечивает простую и компактную изоляцию цифровых сигналов.

Семейство LVDS также предлагает очень точные временные характеристики, а также чрезвычайно низкий джиттер, также известный как временной джиттер. Джиттер описывает изменения нарастающих и спадающих фронтов цифровых сигналов по отношению к идеальному эталону времени. При высоких скоростях передачи данных крайне важен низкий уровень джиттера, поскольку для передачи одного бита на скорости 600 Мбит / с требуется всего 1,6 нс.Любое дрожание нарастающих или спадающих фронтов сигналов должно давать аналого-цифровому преобразователю достаточно времени для фактического высокого или низкого уровня, чтобы выборка могла быть выполнена правильно. Для семейства ADN465x джиттер обычно составляет 70 пс. Модули LVDS также предлагают два изолированных канала LVDS, которые образуют канал передачи и приема в ADN4651. Каналы в ADN4652 расположены обратно пропорционально каналам в ADN4651, тогда как ADN4650 предлагает только каналы передачи или приема, в зависимости от схемы подключения.Семейство ADN465x работает с внутренним напряжением питания 2,5 В; промышленные системы часто, к сожалению, не имеют этого напряжения питания, а зачастую имеют в наличии только 3,3 В. По этой причине в семейство ADN465x интегрированы стабилизаторы напряжения с малым падением напряжения (LDO), обеспечивающие внешнее напряжение питания 3,3 В на входах. Питание модуля или его входов и его изолированной выходной стороны может быть выполнено, например, с помощью изолированного преобразователя постоянного тока в постоянный ADuM5000. Это может выборочно генерировать изолированное выходное напряжение 5 В или 3 В.3 В с максимальной выходной мощностью 500 мВт. Эта конфигурация схемы показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Изолированный интерфейс LVDS с ADN4651 и ADuM5000.

В сочетании с ADuM5000 это семейство устройств может удовлетворить многочисленные требования, предъявляемые к изолированным интерфейсам LVDS в современных промышленных приложениях. Это высокоинтегрированное решение также отвечает всем требованиям для стандартизированной связи по шине. Интерфейсы LVDS часто используются в энергосберегающих приложениях.Для этого комбинация ADN4651 и ADuM5000 представляет собой чрезвычайно энергосберегающую альтернативу традиционным решениям с оптронами. Часто также требуется одновременная изоляция нескольких каналов.

В приложениях LVDS каналы используются параллельно, чтобы максимизировать пропускную способность и, соответственно, скорость передачи данных. Описанная схема с вышеупомянутыми модулями от Analog Devices предлагает один 4-канальный изолятор, два канала передачи и два канала приема. Это позволяет передавать сигнал с помощью двух полных каналов передачи и приема только на одном электронном узле с одновременно очень высокими скоростями передачи.

Скорости передачи данных от почти постоянного тока до 600 Мбит / с могут быть легко достигнуты с семейством ADN465x при условии соблюдения спецификаций для максимального искажения ширины импульса. Кроме того, при компоновке необходимо учесть несколько факторов, необходимых для передачи дифференциальных сигналов на высоких скоростях. Таким образом, дорожки на входной и выходной сторонах должны быть согласованы и иметь приблизительный импеданс 50 Ом по отношению к земле или 100 Ом между сигнальными линиями. Кроме того, рекомендуется подключить терминаторы на 100 Ом ко входам LVDS, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема изолированной проводки LVDS с ADN4651.

Длина кабеля и тип разъема также влияют на максимальную скорость передачи данных. Более низкие скорости передачи данных до 200 Мбит / с в сочетании с разъемами для высоких скоростей передачи данных и экранированными парами проводов позволяют даже использовать кабели длиной несколько метров.

ADN4650 / ADN4651 / ADN46521 — это буферы LVDS с изоляцией сигналов, работающие на скорости до 600 Мбит / с с очень низким уровнем джиттера. Эта комбинация с ADuM5000 делает его идеальным для высокоскоростной передачи сигналов, поскольку он может достигать 600 Мбит / с на короткие расстояния и 200 Мбит / с на расстояниях до нескольких метров.

Описание гальванического изолятора

Объяснение гальванического изолятора

НУЖЕН ЛИ МОЙ ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ИЗОЛЯТОР КОНДЕНСАТОР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА?

ТЕСТИРОВАНИЕ

Существует два способа выхода из строя гальванического изолятора: либо закорочены диоды, либо они разомкнуты.Вы можете проверить их с помощью цифрового вольтметра, который может считывать положительные и отрицательные напряжения. В любое время, когда вольтметр находится в диапазоне постоянного тока, поместите его через сторону берегового источника питания на сторону лодки изолятора. Всегда должно быть некоторое остаточное электролитическое напряжение (если вас не тащат), поэтому счетчик должен показывать что-то менее одного вольт. Если он всегда показывает ноль, диоды закорочены. Если он показывает более 1,2 В, диоды разомкнуты. Переключитесь на переменное напряжение и проверьте еще раз, поскольку, если переменный ток течет, настройки счетчика постоянного тока могут не показывать никакой активности.

Ссылка на легко читаемое введение в электролиз и на то, как устранить проблемы с подключением к берегу, если у вас возникли проблемы.

ЧТО ОЗНАЧАЕТ ФАКТИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ?

Различные металлы, контактирующие с морской водой во всей системе (лодка, док, сосед и т. Д.), Вызывают множество потенциалов напряжения. Если ток не течет, напряжение будет выше. Если вы позволите протекать большему току, напряжение будет ниже, так же как батарея фонарика будет считывать более низкое напряжение, когда лампа включена — так что вы можете утверждать, что более высокое напряжение лучше, чем более низкое, поскольку они указывают на то, что электролитические токи не протекают. .

На нашей стальной лодке, с хорошей покраской, изолирующей сталь от морской воды, и отсутствием тока, протекающего от цинкования к корпусу, лодка находится примерно на 0,8 вольт выше напряжения воды.