Что такое гальваническое подключение: Гальваническая развязка. Кто, если не оптрон? / Хабр

Содержание

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

Гальванический изолятор на катере | ЭлектроФорс

Защитный заземляющий проводник в цепи переменного напряжения обеспечивает для тока путь на землю и снимает опасный электрический потенциал с корпуса неисправного оборудования. В электрических системах TN защитный проводник присоединяют к тому же заземлителю, что и нейтраль источника питания, которым для катера служит колонка берегового подключения, инвертор или бортовой дизельный генератор

Соединение бортового PE проводника с землей защищает людей на катере от поражения электрическим током, но создает гальваническую связь между рядом стоящими судами и становится причиной коррозии на борту. Подробнее об этом написано здесь

Принцип работы изолятора

Для защиты катера от коррозии можно использовать зарядное устройство, изолирующий трансформатор или основанный на диодах гальванический изолятор.

Полупроводниковый диод проводит ток, когда приложенное к нему в прямом направлении напряжение превышает 0,5-0,7 Вольт. Через два последовательно соединенных диода ток потечет, если падение напряжения на них превысит 1 Вольт. В гальваническом изоляторе две пары диодов подключены параллельно навстречу друг другу.  Таким образом установленный на защитном заземляющем проводнике изолятор блокирует напряжение, возникающее как со стороны катера, так и со стороны берега.

В нормальной ситуации напряжение на диодах меньше 1 Вольта, и они заперты. Цепь с берегом разорвана, гальванический ток по защитному проводнику не течет и источник коррозии на катере отсутствует. Но как только в бортовой АС цепи происходит утечка или замыкание на корпус, напряжение на диодах возрастает, они открываются и ток беспрепятственно уходит на землю.

Ток, текущий по защитному проводнику, нагревает диоды, поэтому их устанавливают на радиатор, который рассеивает образующееся тепло. Гальванические изоляторы, состоящие только из диодов и радиатора широко распространены. Однако они мало эффективны для борьбы гальванической коррозией, а если размеры радиатора рассчитаны неправильно, то и опасны, поскольку могут стать источником пожара

Диоды проводят ток, когда падение напряжение на них превышает 1 Вольт. При этом вид напряжения, переменное или постоянное, значения не имеет. Поскольку металлы, применяемые на катерах известны, то известно и постоянное напряжение, которое может возникнуть между ними в результате гальванического взаимодействия. Не сложно убедиться, что ни для одной пары металлов оно не превышает 1 Вольта. А раз так, то диоды останутся запертыми до тех пор, пока не появится переменное напряжение и на первый взгляд изолятор, состоящий из одних диодов, легко справится со своей задачей

Однако в заземляющем проводнике не редко возникает вызванное не аварийными ситуациями переменное напряжение более 1 Вольт. Если его не контролировать, диоды перейдут в проводящее состояние, откроют путь для постоянного гальванического тока, и защита от коррозии перестанет действовать.

В профессиональных гальванических изоляторах параллельно диодам всегда устанавливают конденсатор. Конденсаторы пропускают переменный ток, но не проводят постоянный. Поэтому если в РЕ проводнике появляется переменное напряжение небольшой амплитуды, переменный ток уходит на землю через конденсатор, а постоянный блокируется диодами. Защита от коррозии таким образом продолжает работать.

Конденсаторы рассчитаны на определенную величину тока и напряжения. Если реальные значения окажутся выше номинальных, диоды откроются, и защита от коррозии перестанет действовать. Однако заземляющий проводник продолжит выполнять свою функцию, и предохранит от поражения током. Связь с береговым заземлителем сохранится и тогда, когда диоды выйдут из строя, но останутся в проводящем состоянии. Но, если в результате повреждения они окажутся разомкнутыми, защитное заземление окажется потерянным, что обернется для находящихся на борту смертельным риском. Чтобы предотвратить его, гальванический изолятор должен информировать владельца судна о своем текущем состоянии.

Где устанавливать гальванический изолятор

Может показаться, что лучшее место для гальванического изолятора – это точка между защитным проводником переменного и отрицательным проводником постоянного напряжения. Ведь стоящее здесь устройство не нарушает связь заземляющих проводников бортовой и береговой электрической систем, даже когда выходит из строя.

Однако на практике для установленного в этом месте устройства невозможно гарантировать что ни одна цепь не проходит в обход него. Если это произойдет, изолятор потеряет свою эффективность, но владелец катера будет убежден, что его лодка защищена. Кроме того, если изолятор выйдет из строя и между АС и DC цепями произойдет короткое замыкание, то у тока не окажется безопасного пути на берег.

Гальванический изолятор необходимо устанавливать на PE проводнике сразу после розетки берегового питания на катере. Для устройства, установленного в этом месте, существует простой способ убедиться, что ни одна бортовая цепь не обходит его. На клемме, обращенной к розетке берегового питания, должен быть только один провод — защитный заземляющий проводник желто-зеленого цвета.

Модуль гальванической развязки токовой петли ЛПА-702 | Модули гальванической развязки | Продукция — барьеры искрозащиты (искробезопасности)

ЛПА-702 2 600
Цена указана в рублях без НДС

 


Модули предназначены для гальванического разделения электрических цепей различного назначения. Благодаря малой погрешности преобразования модули могут применяться для гальваноразвязки измерительных цепей.

 

 

 

 

 

 

 

Основные преимущества ЛПА-702

  • Не требует отдельного источника питания
    Отдельное питание модулю не требуется. Для своего функционирования модуль потребляет ток, не превышающий 1,5 мА из каждой из двух подключённых линий 4…20 мА.

  • Установка на объединительный модуль ЛПА-300
    При использовании барьеров ЛПА-702 совместно с объединительными модулями ЛПА-300, все сигналы искроопасных цепей можно подключать к различным системам автоматики при помощи единого шлейфа, через специальные съемные разъемы-переходники, рассчитанные на работу с различными популярными контроллерами. При этом, непосредственно к барьерам подключаются только объектовые цепи. Такой подход позволяет существенно упростить и упорядочить монтаж, снизить вероятность ошибок монтажа, повысить повторяемость при проектировании. Такая возможность достигается за счет специального разъема, расположенного в нижней части корпуса барьера, через который происходит подключение искроопасных цепей барьеров к объединительному модулю и далее — на разъем для подключения шлейфа.

  • Напряжение гальванической изоляции 1,5 кВ
    Гальваническая развязка посредством оптического преобразования позволяет защитить оборудование при эксплуатации в условиях, связанных с возможным влиянием на него электромагнитных воздействий, при невозможности обеспечения качественного заземления и т. п., а также обеспечить необходимую помехозащищённость при построении измерительных прецизионных систем.

  • Высокая точность преобразования
    Модуль гальванического разделения обеспечивает основную приведённую погрешность преобразования сигнала, не превышающую 0,1% диапазона.

  • Длительный гарантийный срок эксплуатации
    Изготовитель гарантирует соответствие ЛПА-702 заявленным техническим характеристикам при соблюдении потребителем условий и правил эксплуатации, транспортирования и хранения, установленных в эксплуатационной документации. Гарантийный срок эксплуатации — 48 месяцев со дня продажи.

 

Купить гальваническую развязку ЛПА-702 Вы можете, отправив заявку по электронному адресу [email protected]

 

Импортозамещение

Специалисты ООО «Ленпромавтоматика» рекомендуют использовать ЛПА-702 для импортозамещения блоков гальванического разделения. Ниже представлены наиболее часто запрашиваемые аналоги модуля гальванической развязки ЛПА-702. Чтобы узнать, какие еще изделия можно заменить на ЛПА-702, воспользуйтесь разделом «Аналоги».

 

 

Технические характеристики модуля гальванического разделения ЛПА-702

Количество каналов — 2 шт.
Внешнее питание модуля — не требуется.

Ток потребления для каждой подключенной линии — не более 1,5 мА.

Входной сигнал — 4..20 мА.
Выходной сигнал — 4..20 мА.
Падение напряжения на входе — не более 5 В при токе 20 мА.
Напряжение питания выхода — 5..26 В.
Основная приведенная погрешность преобразования — не более 0,1 %.
Напряжение гальванической изоляции между входом и выходом — не менее 1500 В.
Рабочий диапазон температур — от минус 40 до плюс 70 °С.
Габаритные размеры — не более 120х140х12,5 мм (без клемм), 130х140х12,5 мм (с клеммами).
Масса — не более 150 г.
Средний срок службы — 12 лет.
Средняя наработка на отказ — не менее 150 000 часов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Структурная схема ЛПА-702

На схеме использованы следующие обозначения:
РТ — регулятор тока;
ПТ — приемник тока.

 

Рекомендуемые схемы подключения


Типовая схема подключения модулей ЛПА-702

Скачать схему
(pdf, 365 КБ)


Раздельная схема подключения модулей ЛПА-702


Скачать схему
(pdf, 219 КБ)

Схема подключения модулей ЛПА-702 с разветвлением сигнала от одного датчика

Скачать схему
(pdf, 182 КБ)

На схемах подключения использованы следующие обозначения:
Д — датчик.
БП — блок питания первичного или вторичного измерительного преобразователя.
ИП — измерительный преобразователь.

 

Конструкция и крепеж

Конструктивно барьер искрозащиты выполнен в пластмассовом неразборном корпусе. Конструкция корпуса позволяет устанавливать барьеры как на стандартный монтажный DIN-рельс шириной 35 мм, так и на объединительные платы семейства ЛПА-300. Барьер оборудован винтовыми клеммами для подключения внешних цепей и заземления. Для облегчения монтажа и замены барьеров применены съемные клеммные колодки с винтовыми клеммами. Для подключения заземления предусмотрено четыре клеммы.

Габаритный чертёж

<div><img src=»https://mc. yandex.ru/watch/34929040″ mce_src=»https://mc.yandex.ru/watch/34929040″ alt=»» /></div>

 

Документация

РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛПА-702 (pdf, 854 кб)
Применение шины T-BUS (pdf, 843 кб)

Серии DSCT, DSCP, DSCL — Модули гальванической развязки и повторители сигналов

DSCP70 2-канальный модуль ввода питания через коннекторы Power-Bus

DSCT31-08 Измерительный преобразователь сигнала напряжения постоянного тока, полоса пропускания 3 Гц, выход 4-20 мА

DSCT31-07 Измерительный преобразователь сигнала напряжения постоянного тока, полоса пропускания 3 Гц, выход 4-20 мА

DSCT31-06 Измерительный преобразователь сигнала напряжения постоянного тока, полоса пропускания 3 Гц, выход 4-20 мА

DSCT31-05 Измерительный преобразователь сигнала напряжения постоянного тока, полоса пропускания 3 Гц, выход 4-20 мА

DSCT31-04 Измерительный преобразователь сигнала напряжения постоянного тока, полоса пропускания 3 Гц, выход 4-20 мА

DSCT31-03 Измерительный преобразователь сигнала напряжения постоянного тока, полоса пропускания 3 Гц, выход 4-20 мА

DSCT31-02 Измерительный преобразователь сигнала напряжения постоянного тока, полоса пропускания 3 Гц, выход 4-20 мА

DSCT31-01 Измерительный преобразователь сигнала напряжения постоянного тока, полоса пропускания 3 Гц, выход 4-20 мА

DSCT30-06 Измерительный преобразователь сигнала напряжения постоянного тока, полоса пропускания 3 Гц, выход 4-20 мА

DSCT30-05 Измерительный преобразователь сигнала напряжения постоянного тока, полоса пропускания 3 Гц, выход 4-20 мА

DSCT30-04 Измерительный преобразователь сигнала напряжения постоянного тока, полоса пропускания 3 Гц, выход 4-20 мА

DSCT30-03 Измерительный преобразователь сигнала напряжения постоянного тока, полоса пропускания 3 Гц, выход 4-20 мА

DSCT30-02 Измерительный преобразователь сигнала напряжения постоянного тока, полоса пропускания 3 Гц, выход 4-20 мА

DSCT30-01 Измерительный преобразователь сигнала напряжения постоянного тока, полоса пропускания 3 Гц, выход 4-20 мА

DSCT36-04 Измерительный преобразователь сигнала потенциометра, выход 4-20 мА

DSCT36-03 Измерительный преобразователь сигнала потенциометра, выход 4-20 мА

DSCT36-02 Измерительный преобразователь сигнала потенциометра, выход 4-20 мА

DSCT36-01 Измерительный преобразователь сигнала потенциометра, выход 4-20 мА

DSCT34-04 Измерительный преобразователь сигнала термометра сопротивления, 2- и 3-проводное подключение, выход 4-20 мА

DSCT34-03 Измерительный преобразователь сигнала термометра сопротивления, 2- и 3-проводное подключение, выход 4-20 мА

DSCT34-02 Измерительный преобразователь сигнала термометра сопротивления, 2- и 3-проводное подключение, выход 4-20 мА

DSCT34-01 Измерительный преобразователь сигнала термометра сопротивления, 2- и 3-проводное подключение, выход 4-20 мА

DSCT34N-01 Измерительный преобразователь сигнала термометра сопротивления, 2- и 3-проводное подключение, выход 4-20 мА

DSCT34-05 Измерительный преобразователь сигнала термометра сопротивления, 2- и 3-проводное подключение, выход 4-20 мА

DSCT37N-08 Измерительный преобразователь сигнала термопары без линеаризации, выход 4-20 мА

DSCT37B-07 Измерительный преобразователь сигнала термопары без линеаризации, выход 4-20 мА

DSCT37S-06 Измерительный преобразователь сигнала термопары без линеаризации, выход 4-20 мА

DSCT37R-05 Измерительный преобразователь сигнала термопары без линеаризации, выход 4-20 мА

DSCT37E-04 Измерительный преобразователь сигнала термопары без линеаризации, выход 4-20 мА

DSCT37T-03 Измерительный преобразователь сигнала термопары без линеаризации, выход 4-20 мА

DSCT37K-02 Измерительный преобразователь сигнала термопары без линеаризации, выход 4-20 мА

DSCT37J-01 Измерительный преобразователь сигнала термопары без линеаризации, выход 4-20 мА

DSCT47N-15 Измерительный преобразователь сигнала термопары линеаризацией, выход 4-20 мА

DSCT47K-14 Измерительный преобразователь сигнала термопары линеаризацией, выход 4-20 мА

DSCT47K-13 Измерительный преобразователь сигнала термопары линеаризацией, выход 4-20 мА

DSCT47B-11 Измерительный преобразователь сигнала термопары линеаризацией, выход 4-20 мА

DSCT47S-10 Измерительный преобразователь сигнала термопары линеаризацией, выход 4-20 мА

DSCT47R-09 Измерительный преобразователь сигнала термопары линеаризацией, выход 4-20 мА

DSCT47E-08 Измерительный преобразователь сигнала термопары линеаризацией, выход 4-20 мА

DSCT47T-07 Измерительный преобразователь сигнала термопары линеаризацией, выход 4-20 мА

DSCT47T-06 Измерительный преобразователь сигнала термопары линеаризацией, выход 4-20 мА

DSCT47K-05 Измерительный преобразователь сигнала термопары линеаризацией, выход 4-20 мА

DSCT47K-04 Измерительный преобразователь сигнала термопары линеаризацией, выход 4-20 мА

DSCT47J-03 Измерительный преобразователь сигнала термопары линеаризацией, выход 4-20 мА

DSCT47J-02 Измерительный преобразователь сигнала термопары линеаризацией, выход 4-20 мА

DSCT47J-01 Измерительный преобразователь сигнала термопары линеаризацией, выход 4-20 мА

DSCT32-01 Измерительный преобразователь токового сигнала , выход 4-20 мА

DSCT32-02 Измерительный преобразователь токового сигнала, выход 4-20 мА

DSCX-416 Интерфейсный кабель модуля для DSCP20 и DSCP80 (USB-USB , 1. 5 метра)

DSCX-587 Интерфейсный кабель модуля для DSCP81

DSCX-440  Снято с производства Интерфейсный кабель модуля для SCTP20

DSCX-887 Интерфейсный кабель ПК для DSCP20/80 и SCTP20 (DSub 9pin F — Interface , 1 метр)

DSCX-787 Интерфейсный кабель ПК для DSCP81

DSCP63 Компактный преобразователь сигналов : входной сигнал 0…10 В, 2…10 В, 0…5 В, 1…5 В, 0…15 В, 0…30 В; 0/4…20 mA / выходной сигнал 0…10 В, 2…10 В, 0…5 В, 1…5 В; 0…20 mA, 20…0 mA, 4…20 mA , 20. ..4 mA

DSCP64 Компактный преобразователь сигналов : входной сигнал 0…10 В, 2…10 В, 0…5 В, 1…5 В, 0…15 В, 0…30 В; 0/4…20 mA / выходной сигнал 0…10 В, 2…10 В, 0…5 В, 1…5 В; 0…20 mA, 20…0 mA, 4…20 mA , 20…4 mA, встроенный преобразователь питания

DSCP65 Компактный преобразователь сигналов : входной сигнал от ±25 до ±2000mV / выходной сигнал 0…10 В, 2…10 В, 0…5 В, 1…5 В; 0…20 mA, 20…0 mA, 4…20 mA , 20…4 mA, встроенный преобразователь питания

DSCP55 Компактный преобразователь сигналов :входной сигнал Pt100, Ni100 / выходной сигнал 4…20 mA , 20…4 mA (встроенный преобразователь напряжения питания)

DSCP61 Компактный преобразователь сигналов :входной сигнал Pt100 / выходной сигнал 0…10 В, 0…5 В, 1…5 В и ; 0. ..20 mA, 20…0 mA, 4…20 mA , 20…4 mA

DSCP62 Компактный преобразователь сигналов :входной сигнал с термопары типа J, K, E, N, S, R, B, T / выходной сигнал — 2 канала 0…10 В, 0…5 В, 1…5 В и ; 0…20 mA, 20…0 mA, 4…20 mA , 20…4 mA; релейный выход 24В AC/DC

DSCX-02 коннектор Power-Bus, устанавливается на DIN-рельс

DSCP81-01 Конфигурируемый преобразователь сигналов постоянного тока, гальваническая изоляция, питание 24-60 В пост. и перем. тока, монтаж на DIN рельс

DSCP81-02 Конфигурируемый преобразователь сигналов постоянного тока, гальваническая изоляция, питание 85-230 В пост. и перем. тока, монтаж на DIN рельс

SCTP20-01  Снято с производства Конфигурируемый температурный измерительный преобразователь, выход 4-20/20-4 мА, без изоляции, монтаж в головку зонда

SCTP20-02  Снято с производства Конфигурируемый температурный измерительный преобразователь, выход 4-20/20-4 мА, гальваническая изоляция, монтаж в головку зонда

DSCP80-03  Снято с производства Конфигурируемый температурный измерительный преобразователь, гальваническая изоляция, выход 0/2-10 В , питание 24-60 В AC/DC, монтаж на DIN рельс

DSCP80-04  Снято с производства Конфигурируемый температурный измерительный преобразователь, гальваническая изоляция, выход 0/2-10 В , питание 85-230 В AC/DC, монтаж на DIN рельс

DSCP80-01  Снято с производства Конфигурируемый температурный измерительный преобразователь, гальваническая изоляция, выход 0/4-20 мА , питание 24-60 В AC/DC, монтаж на DIN рельс

DSCP80-02  Снято с производства Конфигурируемый температурный измерительный преобразователь, гальваническая изоляция, выход 0/4-20 мА , питание 85-230 В AC/DC, монтаж на DIN рельс

DSCP20 Конфигурируемый температурный измерительный преобразователь, неизолированный, выход 4-20/20-4 мА, монтаж на DIN рельс

DSCL20-02 Модуль гальванической изоляции токового сигнала, 0/4-20 мА, вертикальное расположение выводов

DSCL20-01 Модуль гальванической изоляции токового сигнала, 0/4-20 мА, горизонтальное расположение выводов

DSCL22-02  Снято с производства Модуль гальванической изоляции, вход 0/4-20 иА, выход 0/2-10 В, монтаж на DIN рельс, 1 канал

DSCL21-02  Снято с производства Модуль гальванической изоляции, вход 0/4-20 мА, выход 0/2-10 В, монтаж на DIN рельс

DSCL22-12  Снято с производства Модуль гальванической изоляции, вход 0/4-20 мА, выход 0/2-10 В, монтаж на DIN рельс, 2 канала

DSCL22-22  Снято с производства Модуль гальванической изоляции, вход 0/4-20 мА, выход 0/2-10 В, монтаж на DIN рельс, 3 канала

DSCL21-01 Модуль гальванической изоляции, вход/выход 0/4-20 мА, монтаж DIN рельс

DSCL22-01 Модуль гальванической изоляции, вход/выход 0/4-20 мА, монтаж на DIN рельс, 1 канал

DSCL22-11  Снято с производства Модуль гальванической изоляции, вход/выход 0/4-20 мА, монтаж на DIN рельс, 2 канала

DSCL22-21  Снято с производства Модуль гальванической изоляции, вход/выход 0/4-20 мА, монтаж на DIN рельс, 3 канала

DSCL23-01 Модуль гальванической изоляции, вход/выход 4-20 мА, источник питания для датчика, монтаж на DIN рельс, 1 канал

DSCL23-02  Снято с производства Модуль гальванической изоляции, вход/выход 4-20 мА, источник питания для датчика, монтаж на DIN рельс, 2 канала

DSCL24-21  Снято с производства Модуль преобразователя сигналов, кофигурируемый, гальваническая изоляция, монтаж на DIN рельс, питание 24-60 В пост. и перем. тока, 1 вход и 2 выхода

DSCL24-01  Снято с производства Модуль преобразователя сигналов, кофигурируемый, гальваническая изоляция, монтаж на DIN рельс, питание 24-60 В пост. и перем. тока, 1 канал

DSCL24-11  Снято с производства Модуль преобразователя сигналов, кофигурируемый, гальваническая изоляция, монтаж на DIN рельс, питание 24-60 В пост. и перем. тока, 2 канала

DSCL24-22  Снято с производства Модуль преобразователя сигналов, кофигурируемый, гальваническая изоляция, монтаж на DIN рельс, питание 85-230 В пост. и перем. тока, 1 вход и 2 выхода

DSCL24-02  Снято с производства Модуль преобразователя сигналов, кофигурируемый, гальваническая изоляция, монтаж на DIN рельс, питание 85-230 В пост. и перем. тока, 1 канал

DSCL24-12  Снято с производства Модуль преобразователя сигналов, кофигурируемый, гальваническая изоляция, монтаж на DIN рельс, питание 85-230 В пост. и перем. тока, 2 канала

DSCX-01  Снято с производства Панель для установки модулей DSCL20-02

DSCX-895  Снято с производства Программное обеспечение для конфигурирования модулей DSCP20/80 и SCTP20

DSCX-557  Снято с производства Программное обеспечение для конфигурирования модулей DSCP81

Блоки гальванического разделения Товары и услуги компании ЗАО «ГСМторгсервис»

При построении систем для сбора и обработки данных, контроля и управления, в частности, предназначенных для применения в жёстких промышленных условиях, разработчики зачастую сталкиваются  с необходимостью обеспечения гальванической развязки измерительных и управляющих цепей, с одной стороны, и цепей вторичных преобразователей — с другой. При этом должны быть решены 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.

Специалистами ООО «ЛенПромАвтоматика» разработан ряд изделий для обеспечения гальванической развязки, который включает в себя блоки гальванического разделения как с функцией искрозащиты, так и без таковой. Производимые нами блоки рассчитаны на решение как типовых, так и нестандартных задач по обеспечению гальваноразвязки электрооборудования.

Блоки гальванического разделения с функцией искрозащиты производства ООО «ЛенПромАвтоматика» уже несколько лет с успехом применяются в системах регулирования, сигнализации и аварийной защиты на объектах, имеющих взрывоопасные зоны, т.е. везде, где могут присутствовать взрывоопасные смеси газов и паров, а также легковоспламеняющиеся и взрывчатые вещества (пыль, порошок).

Ключевые особенности блоков гальванического разделения производства ООО «ЛенПромАвтоматика»
  • Наши изделия разрабатывались с учётом российских условий применения, таких как неблагоприятная помеховая обстановка, нетипичные для Запада характеристики датчиков.
  • Блоки гальванического разделения не требуют отдельного источника питания, потребляя не более 2 мА от цепи 4…20 мА на канал.
  • Блок гальванического разделения, 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 5 лет.
  • Удобство монтажа и замены: компактный корпус (от 6,2 мм), монтаж на DIN-рейку, цветовая маркировка, разъёмные клеммные колодки для подключения, подробная документация и рекомендации по применению.

Таблица 1 — Рекомендуемое применение блоков гальванического разделения

Применение

Модели

Особенности

Гальваническое разделение и защита цепей подключения датчиков с токовым выходным сигналом.

НБИ-22П, НБИ-12П

Обеспечение искробезопасности[1].

Разрешение Ростехнадзора[2].

Гальваническое разделение и защита цепей подключения исполнительных устройств с токовым выходным сигналом.

НБИ-22У, НБИ-12У

Обеспечение искробезопасности.

Разрешение Ростехнадзора.

Гальваническое разделение подключения датчиков с токовым выходным сигналом.

МГРТП-001

Ультратонкий корпус 6.2 мм.

Низкая цена[3].

[1] Блоки гальванического разделения НБИ-12П(У)/22П(У) выполняют функции взрывозащиты вида «Искробезопасная электрическая цепь» в соответствии с требованиями ГОСТ Р МЭК 60079-11-2010, имеют маркировку взрывозащиты «[Ex ia] IIC». Сертификат соответствия Госстандарту России № РОСС RU.ГБ05.В02748.

[2] Блоки гальванического разделения имеют разрешение на применение на опасных производственных объектах № РРС 00-38080. Нужно учесть, что не все блоки гальванического разделения имеют разрешение на применение на опасных производственных объектах. В результате, зачастую может быть оправдано применение блока гальванического разделения, имеющего функцию взрывозащиты.

[3] Смотрите подробнее.

Для чего нужна гальваническая развязка?

Очень часто в электрических устройствах возникает необходимость исключить электрическую связь между высоким силовым напряжением и низким напряжением цепей управления. Иными словами, необходимо выполнить защиту низковольтных устройств от напряжения силовых цепей в сотни, а то и тысячи вольт. Технически это означает, что в данной системе или электрическом устройстве необходимо исключить протекание тока по общим цепям. Отсутствие тока означает наличие большого омического сопротивления между общими проводами двух устройств, что равнозначно разрыву цепи. Эту задачу решает гальваническая развязка – устройство, исключающее гальваническую связь между электрическими устройствами.

Представим себе обычный промышленный электрический двигатель. В условиях производства большая часть двигателей имеет рабочее питающее напряжение выше 200В, что опасно для персонала. Поэтому подача питающего напряжения на обмотки, т.е. включение двигателя, производится при помощи дополнительных устройств, коммутирующих силовые цепи. С другой стороны, коммутаторы также должны управляться, например, кнопкой, и при этом гальваническая развязка защищает оператора от поражения опасным напряжением.

Сами по себе коммутирующие устройства, например, контакторы и пускатели, являются устройствами, в которых конструкция исключает электрический контакт между входом (контакты катушки электромагнита) и выходом (силовая контактная группа пускателя). Связь между ними осуществляется только через механическое взаимодействие магнитного поля с конструктивными элементами пускателя, благодаря чему высокое напряжение питания двигателя не попадает на пульт управления.

Есть и другие варианты технического решения гальванической развязки. В первую очередь это трансформаторы. С их помощью легко решается гальваническая развязка по питанию. Особенно широкое применение получил этот способ в электрорадиотехнике бытового назначения. Дело в том, что напряжение питания бытовых приборов опасно для человека. Например, при отсутствии гальванической развязки между бытовой электросетью и платой обработки телевизионного сигнала, опасный для жизни потенциал будет находиться на всех металлических элементах конструкции телевизора, а доступ до «телевизионных внутренностей» вполне доступен домашним «самоделкиным». Вопрос защиты от электрического напряжения для таких устройств решается просто: на входе бытового прибора между ним и электросетью ставится трансформатор. Его первичная обмотка включается в сеть, а вторичная подает индуктированный в ней ток для питания телевизора. Вот здесь и проявляется одна из полезных особенностей трансформатора – с его помощью реализуется гальваническая развязка аналогового сигнала, что широко используется в различных устройствах.

С развитием силовых полупроводниковых приборов широкое распространение получили коммутирующие устройства – оптотиристоры — с оптронным (световым) каналом управления. Входная (управляющая) цепь оптрона содержит лампочку или светодиод, которые включаются при подаче сигнала управления. Световой поток попадает на светочувствительный управляющий электрод тиристора, который включает силовую цепь анод-катод. При этом обеспечивается 100% отсутствие гальванической связи вход-выход. Другой вариант оптронных устройств представляют собой оптотранзисторы, которыми легко решается гальваническая развязка аналогового сигнала, например, в датчиках измерительных приборов.

Использование гальванических развязок в технике имеет значительно больший спектр решаемых задач, чем освещено в этой статье. Современные технологии постоянно пополняют список таких устройств для инженерного применения.

51132-12: БГР6 Блоки гальванической развязки

ОПИСАНИЕ ТИПА СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ Блоки гальванической развязки БГР6 Назначение средства измерений

Блоки гальванической развязки БГР6 предназначены для преобразования входных аналоговых сигналов 0-20 мА, в сигналы напряжения высокого уровня с индивидуальной гальванической развязкой входных цепей.

Описание

Блок гальванической развязки БГР6 состоит из конструктива — 5B01 фирмы ANALOG DIVICES, представляющего собой металлическое п-образное основание с объединительной печатной платой на которой установлены до 16 модулей гальваноразвязки типа 5B32-02. Модули 5B32-02 устанавливаются в соединители печатной платы и закрепляется невыпадающим винтом. На печатной плате расположены также винтовые клеммы для подключения к модулям внешних аналоговых сигналов, винтовые клеммы для подключения напряжения питания модулей + 5В и соединители P1 и P2 типа SEK18 для подключения к устройствам АВВ14Р.

Рисунок 1 — Фотография общего вида блока гальванической развязки БГР6

Технические характеристики

Основные метрологические характеристики блоков гальванической развязки БГР6 приведены в таблице 1.

БГР6

Таблица 1 — Основные метрологические характеристики блоков гальванической развязки

Тип модуля

Входной сигнал канала

Выходной сигнал, % от диапазона измерений физической величины

Предел основной абсолютной погрешности, (АХ) мВ

БГР6

0. . .20 мА

0.5 В 0.100% IBX

10

Таблица 2 — Г абаритные размеры и масса блока гальванической развязки БГР6

Длина, мм

Ширина, мм

Высота, мм

Масса, кг

480

82

88

0,8

Условия хранения и эксплуатации:

Температура

.от 15 до 35 °C

. от минус 50 до 50 °C

от 30 до 80 % без конденсации

Рабочая………………………………….

Хранения……………………………….

Влажность……………………………..

Питание

напряжение от + 4,5 до + 5,5 В

Знак утверждения типа

наносят на лицевую панель блока гальванической развязки БГР6 методом трафаретной печати и на титульный лист паспорта типографским способом.

Комплектность

Таблица 3 — Комплектность блока гальванической развязки БГР6

Наименование

Количество

Блок гальванической развязки БГР6 ПИБШ. 301441.003-05

1

Паспорт ПИБШ.301441.003 -05ПС

1

Поверка

осуществляется по документу МП-319/447-2012 «ГСИ. Блоки гальванической развязки БГР6. Методика поверки», утвержденному ГЦИ СИ ФБУ «Ростест-Москва» 30 января 2012 г.

Основными средствами поверки являются: калибратор универсальный Fluke 5520А, диапазон воспроизведения постоянного тока от 0 — 100 мА, погрешность воспроизведения постоянного тока ±0,0003 %; мультиметр цифровой прецизионный 8508А, диапазон измерения напряжения постоянного тока от 0 В до ±1050 В, погрешность измерения напряжения постоянного тока ±0,0003 %.

Сведения о методах измерений

Сведения о методах измерений изложены в документе «Блок гальванической развязки БГР6» Паспорт ПИБШ.301441.003-05ПС

Нормативные и технические документы, устанавливающие требования к блокам гальванической развязки БГР6

ГОСТ 22261-94 «Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия»

ГОСТ 12.3.019-80 «ССБТ. Испытания и измерения электрические. Общие требования безопасности»

ГОСТ 8.022-91 «ГСИ. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений силы постоянного электрического тока в диапазоне от 1-10-16 до 30 А»

ГОСТ 8.027-2001 «ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений постоянного электрического напряжения и электродвижущей силы»

Лист № 3 Всего листов 3

Рекомендации к применению

— при осуществлении деятельности в области использования атомной энергии.

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
  • Понимание важности изоляции в процессе сбора данных и его измерений

Вы готовы начать? Поехали!

Что такое электрическая изоляция?

Иногда также называемая гальванической развязкой, электрическая изоляция представляет собой 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 испытуемом изделии (например, на источнике питания), потенциал которого выше уровня земли (т. е. больше 0 вольт), это может привести к смещению постоянного тока на сигнал. Электрические помехи или шум также могут принимать форму сигналов переменного тока, создаваемых другими электрическими компонентами на пути прохождения сигнала или в окружающей среде вокруг теста.

Изоляция особенно важна для аналоговых входных сигналов, которые мы хотим измерить.Многие из этих сигналов существуют на относительно низком уровне, и внешние электрические потенциалы могут сильно влиять на сигнал, что приводит к неверным показаниям. Представьте себе выходной сигнал термопары, который составляет всего несколько тысяч вольт, и как легко он может быть перегружен 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 датчик выдает действительно то, что было считано.

Существуют также высокие напряжения, которые при перекрестном соединении через неизолированную систему могут повредить или разрушить дорогостоящее оборудование. В худшем случае это может привести к телесным повреждениям или даже смерти оператора-испытателя. Опасными для людей обычно считаются напряжения выше 30 В (среднеквадратичное значение), 42,4 В переменного тока или 60 В постоянного тока.

В мире испытаний и измерений предотвращение или устранение контуров заземления и перегрузок по синфазному напряжению имеет решающее значение для проведения точных измерений, защиты испытательного оборудования и тестируемых объектов и, что наиболее важно, для защиты людей от опасного напряжения потенциалы.

Перед тем, как наши сигналы пройдут через усилитель и будут отправлены в аналого-цифровые преобразователи, мы должны обеспечить их целостность, и лучший способ сделать это — использовать изоляцию.

Когда необходима изоляция?

Можно задать более простой вопрос: «Когда изоляция НЕ нужна?» Задайте себе эти вопросы при рассмотрении того, потребуются ли вашему приложению изолированные входы:

  • Опасно ли высокое напряжение рядом с ? (Высоковольтные провода снаружи? Электрогенераторы?)
  • Имеются ли большие двигатели, турбины, сварочные аппараты или любые машины, использующие большой ток, в том же здании или в той же сети электропитания?
  • Потенциал заземления вашей энергосистемы колеблется или изменяется?
  • Ваша энергосистема когда-либо подвергалась электрическим всплескам или переходным процессам ? Вы находитесь в потенциальной зоне , освещающей ?
  • Вы делаете очень измерения сигнала уровня милливольт непосредственно на компонентах или структурах, которые могут существовать при другом потенциале напряжения?

Если один или несколько из них применимы к вам, то, вероятно, оправданы изолированные входы.

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

  Высоковольтные генераторы Большие двигатели, турбины, сварочные аппараты Колебания потенциалов земли Электрические пики или переходные процессы Измеряемые сигналы уровня милливольт
Лаборатория Редко Возможно Возможно Возможно Да
Термопары
Тензодатчики
Термометры сопротивления
Автомобильный завод Да Да Возможно Возможно Да
Завод реактивных двигателей Да
Электрогенераторы
Инверторы
Да Возможно Возможно Да
Термопары
Тензодатчики
Зарядные акселерометры
Электростанция Да
Всегда!
Да
Двигатели
Турбины
Возможно Да
Реле переключения
Переходные процессы выключателя
Да
Тестовые треки Да
(автомобильная шина постоянного тока)
Да
Lightning
Замена батареи
Да
Термопары
Тензодатчики
Летно-испытательный центр Да Возможно
Да
Коммутация питания
Шины переменного/постоянного тока

Да
Освещение

Да
Термопары
Зарядные акселерометры Тензодатчики
Структурные испытания (лабораторные) Редко Редко Возможно Да
Тензодатчики
Зарядные акселерометры
Структурные испытания (снаружи) Возможно Редко Возможно Да
Освещение

Да
Тензодатчики
Зарядные акселерометры

Ясно, что в принципе не существует серьезного приложения, которое не подвергалось бы вмешательству со стороны естественной или искусственной среды, которое можно было бы смягчить или полностью устранить с помощью изолированных входных данных.

Системы измерения, которые не имеют изолированных входов, менее дороги, чем те, которые имеют их. Однако какой смысл в измерительной системе, если не в точных бесшумных измерениях?

Проблемы с синфазным напряжением и их решение

Синфазные напряжения — это нежелательные сигналы, которые попадают в измерительную цепь, обычно из 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 затемнения реального сигнала и нарушения измерений.

Изображение дифференциального усилителя

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

Электрические помехи, распространяющиеся по кабелю нашего датчика, должны присутствовать на обеих линиях — на положительной сигнальной линии и на заземленной (или отрицательной) линии. Дифференциальный усилитель отклонит сигналы, общие для обеих линий, и будет пропущен только сигнал, как показано на рисунке ниже:

Дифференциальный усилитель успешно устраняет синфазные напряжения в пределах входного диапазона CMV

Это прекрасно работает, но существуют ограничения на то, какое синфазное напряжение (CMV) может подавлять усилитель. Когда CMV, присутствующий на сигнальных линиях, превышает максимальный входной диапазон CMV дифференциального усилителя, он «обрезается».В результате получается искаженный, непригодный для использования выходной сигнал, как показано ниже:

Дифференциальный усилитель искажает или «обрезает», когда его входной диапазон режима общего напряжения превышается

Так что в этих случаях нужен дополнительный слой защиты от ЦМВ и электрических помех вообще (а также от замыкания на землю, о котором будет сказано в следующем разделе) — изоляция .

Входы изолированного усилителя «плавают» выше синфазного напряжения. Они конструируются с изоляционным барьером с напряжением пробоя 1000 вольт и более.Это позволяет подавлять очень высокий шум CMV и устранять контуры заземления.

Изолированный дифференциальный усилитель подавляет даже режим очень высокого общего напряжения

Изолированные усилители создают этот изолирующий барьер с помощью крошечных трансформаторов для развязки («поплавка») входа и выхода, небольших оптронов или емкостной связи. Последние два метода обычно обеспечивают наилучшую пропускную способность.

Что такое коэффициент подавления синфазного напряжения — CMRR

Коэффициент подавления синфазных сигналов (CMRR) дифференциального усилителя (или других устройств) — это показатель, используемый для количественной оценки способности устройства подавлять синфазные сигналы, т.е.е. те, которые появляются одновременно и в фазе на обоих входах.

Идеальный дифференциальный усилитель должен иметь 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 с контуром заземления и их решение

Если они не будут предотвращены, контуры заземления могут стать серьезной проблемой для измерительных систем.Иногда называемая «шумом», петля заземления возникает из-за непреднамеренной привязки электрического оборудования к более чем одному пути к земле — любая разница потенциалов в этих точках заземления может вызвать петлю тока, что 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 на GND 2.Из-за длины кабеля существует разность потенциалов между GND1 и GND 2. Эта разность потенциалов действует как источник напряжения, связанный с электромагнитным шумом из окружающей среды.

Контур заземления, вызванный разностью потенциалов земли

Если бы датчик можно было отсоединить от GND2, это могло бы решить проблему. Но иногда это невозможно. Кроме того, иногда в соответствии с правилами техники безопасности требуется указание экрана кабеля, и поэтому его не следует удалять.

Лучшим решением является использование дифференциального усилителя в изолированном преобразователе сигналов. С этим одним изменением проблема решена.

Устранение проблем дифференциального потенциала земли с помощью изоляции

Контуры заземления также могут исходить от самого прибора через его собственный источник питания. Имея в виду, что наша измерительная система подключена к источнику питания, который имеет заземление. Поэтому очень важно отделить эту ссылку от компонентов обработки сигналов прибора, чтобы гарантировать, что в приборе не будут создаваться контуры заземления.

Заземление, вызванное источником питания

Этот сценарий может стать опасным при неисправности проводки. Глядя на путь сильного тока от источника питания, что произойдет, если обратная линия будет разорвана? Вся энергия будет направляться через часть обработки сигнала системы сбора данных. Это может привести к повреждению или разрушению всей системы и даже к возникновению опасных потенциалов для оператора прибора.

Опасность контуров заземления, наведенных источником питания

При полной изоляции тракта прохождения сигнала от источника питания описанный выше сценарий невозможен.

Изолированные домены

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

Изоляция аналогового домена

Изоляция аналогового домена используется с выходами аналоговых датчиков. Эта изоляция происходит в аналоговой области, т. е. перед подсистемой АЦП.

Системы изоляции аналоговых доменов

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

Изоляция цифрового домена

Во-первых, когда наши сигналы цифровые, 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 можно направить на микропроцессоры, ПЛИС, драйверы затворов и т. д.

Теперь давайте рассмотрим три основных типа методов изоляции, которые используются как в аналоговой, так и в цифровой изоляции.

Три основных метода изоляции

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

  • Оптическая изоляция
  • Индуктивная изоляция
  • Емкостная развязка

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 использованием светодиода (слева) и фотодиода (справа)

Преобразовывая электрический сигнал в свет, а затем обратно в электричество, он полностью отделяется от внешнего мира. Свет не восприимчив к электромагнитным (EMI) или радиочастотным (RFI) помехам, неотъемлемым преимуществам этого подхода.

Однако оптопары не так быстры, как сам свет — они ограничены скоростью переключения светодиода. Как правило, они медленнее, чем индуктивные или емкостные изоляторы. Кроме того, интенсивность светодиодного света со временем ухудшается, что требует повторной калибровки или замены.

Индуктивная изоляция

Инженеры знают, что электрический ток создает магнитное поле. Посылая сигнал в обмотку и располагая ее рядом и параллельно с идентичной обмоткой, представление сигнала будет индуцироваться или «связываться» со второй обмоткой.

Индуктивная изоляция с использованием обмоток, разделенных электрическим изолятором

В изоляции с индуктивной связью между обмотками помещается электрический изоляционный барьер, так что от первой обмотки ко второй передаются только те сигналы, которые были вызваны магнитным полем, и прямой контакт через барьер отсутствует. Индуктивные соединители имеют очень широкую полосу пропускания и чрезвычайно надежны, но на них могут влиять близлежащие магнитные поля.

Емкостная изоляция

Емкостные изоляторы передают сигнал через изолирующий барьер, обычно сделанный из диоксида кремния. Они не могут пропускать сигналы постоянного тока, что позволяет им хорошо блокировать синфазные сигналы. Сигнал преобразуется в цифровой, а затем воспроизводится на другой стороне барьера с помощью емкостной связи.

Емкостный изолятор, использующий емкостную связь для воссоздания сигнала на другой стороне изолирующего барьера

В отличие от индуктивной изоляции, емкостная изоляция не чувствительна к магнитным помехам. Высокая скорость передачи данных и долгий срок службы являются отличительными чертами этих изоляторов. Имеются емкостные изоляторы с различными номиналами для обеспечения необходимого уровня защиты от сбоев и возможных коротких замыканий.

Сравнение методов изоляции

Вот высокоуровневое сравнение наших трех основных методов изоляции:

  Оптический Индуктивный Емкостный
Скорость передачи данных Средний
(ограничен скоростью переключения светодиодов)
Быстрый
~100 Мбит/с
Быстрый
~100 Мбит/с
Диэлектрическая прочность Хороший
~100 Вскз/мкм
Лучше
~300 Вскз/мкм
Лучший
~500 Вскз/мкм
Срок службы Относительно короткий Длинный Длинный
Магнитные помехи Нет Может быть затронут Нет

Ключевые условия изоляции

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

Изоляция между каналом и землей

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

Изоляция канала от земли с дифференциальными усилителями SIRIUS

Иногда это также называют изоляцией ввода-вывода. Все каналы имеют общую землю, изолированную 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 синфазного сигнала.

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

Межканальная изоляция

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

Межканальная изоляция с изолированными усилителями SIRIUS

Таким образом, если в системе имеется изоляция между каналами, это не обязательно означает, что она имеет изоляцию между каналами. НО, если система имеет межканальную изоляцию , то она также должна иметь изоляцию между каналами и землей.

Системы сбора данных SIRIUS

от Dewesoft обеспечивают изоляцию между каналами 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 пересечение сигнала. Различные изоляционные материалы имеют разную электрическую прочность диэлектрика, измеряемую в среднеквадратичных В/мкм. Сам воздушный зазор обычно рассчитан на 1 В (среднеквадратичное значение)/мкм, тогда как эпоксидные смолы могут быть в 20 раз лучше, а диоксид кремния, присутствующий во многих емкостных изолирующих барьерах, составляет примерно 500 В (среднеквадратичное значение)/мкм.Существуют и другие материалы, обычно используемые в барьерах, в том числе полиимиды, используемые в емкостных изоляторах, и эпоксидные формовочные массы, наполненные диоксидом кремния, часто используемые 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: подключайте к компьютеру через USB или EtherCAT
  • R3: система сбора данных для монтажа в 19-дюймовую стойку
  • R1/R2: автономные системы сбора данных со встроенным компьютером, дополнительным дисплеем и батареями.
  • R4: автономные системы сбора данных со встроенным компьютером.
  • R8: автономные системы сбора данных с большим количеством каналов, которые включают в себя встроенный компьютер и 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 напряжение изоляции между каналами и между каналами и землей, равное 1000 В . Усилители SIRIUS HD (High Density) представляют собой изолированные ±500 В попарно.

На видео ниже показана изоляция 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.

Изготовители систем сбора данных иногда упускают из виду, что эти линии возбуждения должны быть изолированы, поэтому Dewesoft обеспечивает изоляцию и/или дифференциальные входы и защиту от перенапряжения с прямой возможностью приборов и людей-операторов от контуров заземления.

Системы сбора данных KRYPTON и KRYPTON ONE

KRYPTON — это самая прочная линейка продуктов Dewesoft. Созданные для работы в условиях экстремальных температур, ударов и вибрации, KRYPTON имеют класс защиты IP67, защищая их от воды, пыли и других факторов. Они подключаются к любому компьютеру с Windows через EtherCAT и могут находиться на расстоянии 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.

Типовой многоканальный модуль KRYPTON с подключенными различными адаптерами DSI

Эти чрезвычайно прочные системы также доступны в виде одноканальных модулей под названием KRYPTON ONE . Как многоканальные, так и одноканальные модули KRYPTON обеспечивают одинаковый уровень производительности и экологической устойчивости.

Вверху слева: KRYPTON ONE 1 модуль TH-HV
Справа: KRYPTON ONE 1 модуль HV

По показателям изоляции KRYPTON и KRYPTON-1 обеспечивают:

Многоканальные модули KRYPTON
  СТГ ТХ РДТ АКК ЛВ ЛА ДИО
Тип Деформация/напряжение Термопара РДТ IEPE / Напряжение Низкое напряжение Малый ток Цифровой ввод/вывод
Напряжение изоляции Дифференциал 1000 В пик. 1000 В пик. Дифференциал 1000 В пик. 1000 В пик. 250 В
Между каналами    
Канал-земля    

 

Одноканальные модули KRYPTON ONE
  АО ДИ ДО АКК СТГ ЛВ ВН ТН-ВВ CNT
Тип Аналоговый
Выход
Цифровой
Вход
Цифровой
Выход
IEPE
Напряжение
Деформация
Напряжение
Низкое
Напряжение
Высокое
Напряжение
Температура Счетчик
Энкодер
Цифровой
Напряжение изоляции н/д Оцинк. Оцинк. 125 Вэфф 125 Вэфф 125 Вэфф 1000 В, категория II
600 В, категория III
1000 В, категория II
600 В, категория III

Н/Д
Между каналами    
Канал-земля    

В таблице выше Дифф.означает дифференциал, а Galv. относится к гальванической развязке.

Системы сбора данных IOLITE

IOLITE — это уникальный продукт, который сочетает в себе основные возможности промышленной системы управления в режиме реального времени с мощной системой сбора данных. С помощью IOLITE можно записывать сотни аналоговых и цифровых каналов на полной скорости, одновременно отправляя данные в реальном времени на любой сторонний главный контроллер EtherCAT.

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

С точки зрения эффективности изоляции IOLITE обеспечивает:

Многоканальные входные модули IOLITE
Модуль СТГ ТХ ДИ ДО РДТ ЛВ
Тип Штамм / В Термо Цифровой ввод Цифровой вывод РДТ Низкое напряжение
Напряжение изоляции Дифференциал 1000 В 1000 В 1000 В 1000 В 1000 В
Между каналами  
Канал-земля  

 

Гальваническая развязка — Трансформатор Бреймера-Рота

Гальваническая развязка — это термин, используемый в области электротехники и описывающий предотвращение электрической проводимости между двумя цепями, которым все еще необходимо обмениваться сигналами.Проще говоря, это электронное разделение между двумя проводящими объектами. Это могут быть, например, две разные схемы. Есть несколько компонентов, которые могут обеспечить гальваническую развязку. Наиболее распространенным является трансформатор или передатчик. Механизм связи в этом случае работает через магнитное поле.

Как работает гальваническая развязка

Гальваническая развязка применяется в различных технических областях. Среди прочего, затронуты различные компоненты, такие как трансформаторы, конденсаторы, оптопары или реле.Существуют различные возможности гальванического разделения компонентов. Здесь гальваническая развязка в основном осуществляется индукцией, индуктивностью, излучением или беспотенциальным контактом. Разделение по индукции называется индуктивным разделением. При индуктивной изоляции требуются разделительные трансформаторы или трансформаторы. При использовании разделительных трансформаторов гальваническая развязка между первичной и вторичной цепями может быть создана одновременно при передаче переменного напряжения. Гальваническая развязка конденсаторами называется емкостной развязкой.В конденсаторах электрическая изоляция работает за счет связи через электрическое поле. Конденсаторы могут пропускать переменные величины и останавливать прямые величины из-за смещения заряда. Гальваническая развязка с помощью оптопары называется оптоэлектронной развязкой. Этот тип изоляции в основном используется для цифровых сигналов. Таким образом, сигналы постоянного напряжения передаются по световой линии. Здесь передающий диод проводит сигнал к приемному транзистору.

Когда необходима гальваническая развязка?

Таким образом,

Гальваническая развязка необходима, когда две цепи с напряжением должны взаимодействовать, но опорные потенциалы напряжения разделены.

Области применения гальванической развязки

Гальваническая развязка имеет широкий спектр применения. С одной стороны, он используется для обеспечения безопасности электрических игрушек, всех питающихся от сети сверхнизких напряжений и медицинского оборудования. Кроме того, он используется для метрологических приборов, например, для питания измерительных приборов и их цепей. Кроме того, гальваническая развязка используется для предотвращения фоновых петель или электромагнитных помех. Наконец, гальваническая развязка требуется и для дистанционной передачи данных по высоковольтным линиям, и для защиты от электромагнитных импульсов.Кроме того, из соображений безопасности он используется для разделения частей цепей с опасным для жизни напряжением, к которым можно прикасаться.

Гальваническая развязка трансформаторов

Трансформаторы являются одними из наиболее важных компонентов гальванической развязки. Механизм связи здесь через магнитное поле. Цепи гальванически развязаны, так как первичная и вторичная обмотки трансформатора не связаны друг с другом, здесь имеется гальваническая развязка. В автотрансформаторах, напротив, имеется гальваническая связь, поскольку часть вторичной обмотки образована отводом первичной обмотки.

Почему гальваническая изоляция

Можно ли защитить промышленный процесс на уровне сбора полевых данных? Да, если используются методы гальванической развязки.

С гальванической развязкой можно исключить основные виды помех и риск нарушения электрической цепи при приеме сигнала от датчика блоком управления, как во взрывоопасных, так и в невзрывоопасных зонах. Гальваническая развязка (названная в честь итальянского физика Луиджи Гальвани) является одним из наиболее важных методов формирования сигнала, экономичным и простым в реализации.Это метод, направленный на решение проблем 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 низковольтную цепь от электрической сети (в том числе между двумя и более цепями, в которых нет прямого пути проводимости) и изолировать питание от блока управления, тем самым предотвращая пики высокого напряжения и синфазное высокое напряжение, которое может разрушить электронные схемы, тем самым защищая как пользователей, так и контрольно-измерительные устройства.Изоляторы позволяют устранить помехи, создаваемые общими точками цепей с разным потенциалом, изолируя измерение от обработки сигналов.

 

Гальваническая развязка и заземление

Гальваническая развязка также необходима для устранения контуров заземления, вызванных общим заземлением. В измерительной цепи приборов одно заземление обычно не вызывает никаких проблем, но все становится сложнее, когда имеется несколько заземлений.

Каждая петля привязана к разным потенциалам. Эта разность потенциалов создает токи между точками заземления, которые добавляются к сигналам. Использование гальванического разъединителя устраняет подобные помехи, развязывает измерительные цепи и поддерживает целостность устройства и системы. Следует отметить, что под общими «землями» мы понимаем опорные узлы, в которых измеряются напряжения других узлов цепи.

В установках эти узлы обычно заземляют из соображений безопасности и во избежание колебаний напряжения, т.е.е. для привязки напряжения к земле. Без заземления потенциал узла может достигать опасно высоких значений (например, сотен вольт). В системе сбора данных, относящейся к промышленному процессу, нормально найти заземление поля (на датчиках и исполнительных механизмах) и заземление на цепях сбора данных.

Оба этих узла заземлены локально, но земля не является эквипотенциальной поверхностью, и соединения с землей могут быть частично общими при высоких уровнях посторонних токов.Таким образом, вы получаете соединение между узлами посредством заземляющих соединений, в то время как заземляющие узлы обычно имеют другой потенциал. Вот почему использование гальванической развязки является важной практикой безопасности, которая проста в реализации и обеспечивает высокий уровень возврата инвестиций.

Важно отметить, что гальванические разъединители, как правило, являются многофункциональными устройствами, которые, в дополнение к изоляции цепей датчика, также обеспечивают функции формирования сигнала, такие как (пассивное или активное) сглаживание, усиление, ослабление, согласование импеданса, нормализация измерения (в токе , напряжение, сопротивление или частота), возбуждение с измерениями термометром сопротивления, термопарой, термистором, экстензометром, акселерометром и т. д.Изоляторы могут располагаться в электрических шкафах управления, в датчиках, исполнительных механизмах и контроллерах, интегрированных в платы аналого-цифрового преобразования или полевые шины, а также в системах мультиплексирования.

 

Ассортимент продукции GMI

Г.М. International имеет каталог десятков моделей гальванических изоляторов, соответствующих стандартам IEC 61508 и IEC 61511, как в искробезопасных (IS) версиях для приложений SIL2 (серии D1000 и D5000), так и в неискробезопасных версиях для приложений SIL3 (серия D6000). .Наши изоляторы D1000, D5000 и D6000 обеспечивают высокий уровень точности и воспроизводимости передачи сигнала. Они также разработаны с использованием усовершенствованной схемы, обеспечивающей низкий уровень рассеивания тепла, благодаря чему модули остаются холодными, несмотря на их высокую плотность и функциональность. Технология поверхностного монтажа (SMT) максимально увеличивает срок службы и надежность наших устройств. Полное отсутствие электролитических конденсаторов продлевает срок службы наших модулей до 20 лет.

 

 

 

µArt — Преимущества гальванической развязки

16 августа 2018 г.

Привет коллегам инженерам и производителям!

Гальваническая развязка — очень важное свойство хорошего адаптера UART, хотя некоторые склонны отмахиваться от этого, заявляя: «Я никогда не работаю с высокими напряжениями, поэтому мне это не нужно».Они не могли ошибаться больше. Давайте посмотрим, что это такое и почему это полезно для всех, даже если они еще не знают об этом.

Хм… что гальваническое?

Гальваническая развязка позволяет разделить электронную цепь на две цепи, в которых ток не может течь между двумя частями, но они все же могут обмениваться энергией или информацией. Изоляция действует как барьер для электронов, и единственный способ обойти ее — это приложить чрезвычайно высокие напряжения, достаточные для разрушения этого барьера (это основная причина, по которой многие думают, что она хороша только для изоляции уровней напряжения). , но, как вы вскоре увидите, у него есть и масса 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/выбран для обеспечения более высокого напряжения пробоя, чем то, что приложение может когда-либо увидеть, даже перед лицом сбоев и ошибок.

Подождите, если через барьер нет связи, как информация распространяется между двумя сторонами? Ну, с помощью электрических средств это не так! Это решается с помощью других методов, чаще всего с использованием световых компонентов, называемых оптронами, 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

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 откровенно опасные — уровни напряжения.Предположим, что на стороне ввода-вывода (UART) µArt каким-то образом возникает напряжение, превышающее нормальное. Скажем, схема вашего приложения питается от сети 12 В или даже 230 В. Конечно, эти напряжения не должны появляться на линиях UART, но в случае неисправностей это все же может произойти по разным причинам, таким как отказ компонента, посторонний металлический корпус, вызывающий нежелательное короткое замыкание, ошибка пользователя или просто конструктивное исполнение. ошибка. Без гальванической развязки эти напряжения, скорее всего, выведут из строя любой компонент самого преобразователя UART, что приведет к появлению высокого напряжения на вашей шине USB, что мгновенно и навсегда повредит ваш компьютер и, возможно, даже приведет к травмам человека.Теперь μArt рассчитан на максимальное 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, нанесенное µArt, уровни высокого 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, вопреки распространенному заблуждению, вам не нужно работать с такими высокими напряжениями, как 230 В, чтобы воспользоваться этой защитой.При напряжении 230 В последствия просто более резкие и становятся опасными для человека, но любое напряжение выше 5 В (достаточно распространено 12 В) может повредить USB-порт вашего компьютера, а гальваническая развязка обеспечивает эффективную и надежную защиту. Кроме того, поскольку через барьер не может протекать ток, он также надежно защищает ваш компьютер и от других явлений, таких как перегрузка по току, обратный ток, короткие замыкания или высокие переходные процессы.

Безопасное и беззаботное аппаратное зондирование

Итак, вы один из тех, кто утверждает, что никогда не будет работать с 5+ вольтами (например, 12 В), иначе вы никогда не сделаете ошибку, и ваши схемы никогда не откажут. .Хорошо, я совершенно уверен, что это смелое заявление во многих аспектах, но я подыграю. Гальваническая развязка все еще очень удобна для вас.

Видите ли, без гальванической развязки земля (GND) вашей цепи электрически соединена с выводом GND порта USB через цепь с низким импедансом. Чего многие люди не понимают, так это того, что USB-порт компьютера часто ссылается на заземление сети, а это означает, что USB GND фактически подключен к земле вашей электросети 230 В. И да, это по-прежнему верно, даже если ваш компьютер имеет изолированный источник питания.Не пугайтесь, это совершенно нормально, безопасно и так и должно быть. Но бывают случаи, когда он вас укусит. Посмотрите на следующую диаграмму.

Здесь вы видите, что пользователь пытается проверить схему своего приложения с помощью осциллографа. Наконечник зонда может быть подсоединен где угодно или вообще не должен быть подсоединен. Но обратите внимание, что заземляющий провод осциллографа обычно также имеет заземление сети, что означает, что ваш осциллограф и ваше приложение подключаются не только через пробник, но и через заземление сети.Может быть, вы уже видите, к чему это может привести. Если вы подключите заземляющий провод вашего пробника, скажем, к шине питания вашей схемы, то вы только что замкнули источник питания. Сначала это может показаться невозможным, потому что вы, казалось бы, подключили только один провод (зонд GND), так как же ток может течь без замыкания цепи? Что ж, цепь замкнута на общую сетевую землю, которую разделяют и ваш осциллограф, и ПК. Хотите вы того или нет, но ваш щуп GND неявно подключен к GND вашей собственной схемы.

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 результаты варьируются от плохих до трагических, от отсутствия повреждений, но схема волшебным образом не работает, когда вы ее прощупываете, до поврежденных компонентов или даже повреждения компьютера и/или вашего дорогого осциллографа. Вы можете спросить: «Но зачем мне подключать заземление моего щупа к чему-либо, кроме заземления цепи»? Что ж, вы можете этого не хотеть, но это все же может случиться и на практике иногда случается (соскальзывает провод заземления при подключении, соскальзывает зажим зонда, пользователь помнит неверный контакт, человеческий недосмотр и т. д.).

Конечно, все это не проблема, если вы используете адаптер с гальванической развязкой, такой как µArt, потому что он разрывает неявную связь между GND вашего приложения и GND оборудования. Важным выводом здесь является то, что даже при совершенно нормальных уровнях напряжения TTL / CMOS 5 В или меньше использование тестового и лабораторного оборудования намного безопаснее и с гораздо меньшей вероятностью приведет к повреждению µArt.

Схемы, чувствительные к помехам

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, возможно, также к заземлению сети.Кроме того, выходные сигналы высокого уровня (логическая «1») преобразователя UART будут подаваться по шине питания USB компьютера. Это означает, что существует несколько путей электрического шума, создаваемого другими USB-устройствами, электрического шума, создаваемого внутри вашего компьютера, и, в некоторой степени, даже шума, создаваемого другими устройствами в вашем доме или лаборатории, для кондуктивной связи с вашей собственной цепью, как шин напряжения, так и данных. линии. Обратите внимание, что это может произойти, даже если ваша схема питается от собственного независимого источника питания с низким уровнем шума.Хотя это часто не является проблемой, иногда она возникает, например, при использовании высокоточных аналого-цифровых преобразователей, тензометрических цепей, чувствительных радиочастотных компонентов и других прецизионных аналоговых устройств. В таких случаях шум, передаваемый через адаптер UART, может привести к тому, что ваше приложение выдаст неверные результаты или вообще помешает его правильной работе.

Гальваническая развязка

значительно поможет в изоляции кондуктивных помех и контуров заземления, поэтому гальванически изолированный UART-адаптер, такой как µArt, более универсален, поскольку он больше подходит для использования с приложениями, содержащими чувствительные и прецизионные аналоговые части.

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 то, что делает функцию автоматического определения напряжения естественно доступной. Однако, несмотря на свою полезность, гальваническая развязка часто не используется в адаптерах UART, отчасти потому, что она является значительным фактором стоимости (компоненты изоляции недешевы), а иногда потому, что неопытные инженеры склонны думать, что она ограничивает скорость связи, поскольку оптопары относительно медленны.µArt решает эту проблему, полагаясь на магнитную связь вместо оптронов, что обеспечивает те же преимущества без ограничений по скорости. Однако нет никакого реального способа обойти увеличение стоимости, но μArt никогда не задумывался как самый дешевый — он должен был быть лучшим и самым надежным.

Гальваническая развязка в электрических коммерческих транспортных средствах

Глобальный спрос на легкие грузовые автомобили с аккумуляторным питанием (LCV) значительно возрастает.Это нетрудно понять, так как, помимо наиболее важного аспекта экологически чистого транспорта , эти транспортные средства также предлагают другие впечатляющие преимущества. Например, при прямом сравнении приводной механизм электромобиля требует значительно меньшего обслуживания, а срок службы заметно больше, чем у автомобилей с обычным двигателем. Это приводит к заметно большей эффективности на коротких и средних дистанциях. Многие производители осознали потенциал и уже предлагают электрические коммерческие автомобили для этих областей применения.Тем не менее, такие факторы, как диапазон , скорость загрузки и эксплуатационная безопасность , играют важную роль в принятии электромобильности. В связи с этим Schaltbau вносит свой вклад в повышение безопасности электромобилей и, следовательно, в более широкое признание электромобилей в обществе.

Безопасность между автомобилем и аккумулятором

Электромобили приводятся в действие электродвигателем, который получает энергию от аккумуляторной батареи большой емкости.В инверторном блоке из постоянного напряжения вырабатывается трехфазное переменное напряжение, которое затем подается на приводной двигатель. Литий-ионные аккумуляторы в настоящее время являются наиболее распространенной аккумуляторной технологией для электромобилей. Контакторы постоянного тока играют важную роль в цепи безопасности, поскольку они отключают батареи в случае неисправности, таким образом обеспечивая гальваническую развязку между батареей и остальной частью электрической системы автомобиля. Отключение всех полюсов в настоящее время происходит с 2 однонаправленными контакторами.Один контактор обычно работает с обратной полярностью, так что в зависимости от направления тока (зарядка/разрядка) по крайней мере один контактор подключается с соблюдением полярности (оба контактора всегда отключаются одновременно).

Schaltbau предлагает полноценных двунаправленных контакторов . Таким образом, контакт обеспечивает одинаковую эффективность отключения независимо от направления тока. Таким образом, второй контактор не является обязательным для системы, если только другие требования не требуют двухполюсного размыкающего механизма (например,грамм. требования функциональной безопасности).

Требования к напряжению переключения и току переключения различаются в зависимости от класса мощности автомобиля.

Семейство C310 обычно охватывает класс мощности легковых автомобилей или легких коммерческих автомобилей.
Для коммерческих автомобилей среднего размера подходят более мощные компоненты, такие как C195X.

Что делают контакторы?
  • При нормальной работе контакторы включаются и выключаются без нагрузки (возможно большое количество механических операций переключения).
  • В в случае неисправности контакторы отключаются при полной нагрузке (возможны только несколько коммутационных операций из-за сильного износа контактов в результате образования электрической дуги).
Для чего используются контакторы Schaltbau?
  • Контакторы работают с воздушной системой . Это означает отсутствие риска утечек или взрывов.
  • Оптимизированная конструкция , допускающая множество механических переключений и несколько аварийных отключений (полная нагрузка).Это достигается за счет пластиковой дугогасительной камеры, обеспечивающей идеальный компромисс между производительностью и сроком службы.
  • Активация с пониженной мощностью : интеллектуальная схема экономии снижает энергопотребление катушки в статическом режиме. Встроенная электроника катушки компенсирует колебания управляющего напряжения и температуры окружающей среды. Таким образом, на катушку всегда подается оптимизированный сигнал.

SmartGauge Electronics — изолирующие трансформаторы или гальванический изолятор? 1/2

Что лучше выбрать? Гальванический изолятор или изолирующий трансформатор?

До относительно недавнего времени это был довольно простой вопрос.С простым набором ответов.

Дело дошло до этого.

Гальванический изолятор.

Преимущества

Дешево
Очень просто установить

Недостатки

Устройство может выйти из строя без каких-либо симптомов, поэтому требуется регулярная проверка. Отказ может либо поставить под угрозу жизнь из-за обрыва цепи, либо отключить гальваническую защиту из-за короткого замыкания.Справедливости ради следует отметить, что ни один из этих отказов маловероятен, если только не произойдет крупная неисправность, которая приведет к выходу из строя главного автоматического выключателя береговой электростанции. Но возможность есть. Решение состоит в проверке гальванического изолятора после устранения любой проблемы с системой переменного тока, а также в периодической проверке.

Изолирующий трансформатор

Преимущества

Вероятность бессимптомного отказа практически равна нулю.Отказ обычно приводит к отказу источника питания переменного тока.

Недостатки

Дороже
Тяжелый
Более сложный в установке

Вот и все. Выбор был сделан только по этим пунктам.

Стойки ворот теперь перемещены, и решение уже не так просто.

Чтобы понять почему, необходимо посмотреть, как каждое устройство разрывает связь между землей береговой силы и корпусом лодки.

Вот внутренняя схема стандартного гальванического разъединителя.

Он идет на одной линии с заземляющим проводом между вилкой берегового питания на причале и электрической системой переменного тока на судне. Напряжение на каждом диоде в изоляторе упадет примерно на 0,6 В, прежде чем он начнет проводить ток. Таким образом, для двух последовательно соединенных потребуется 1,2 вольта, прежде чем произойдет какая-либо проводимость. Есть два диода, обращенные в одну сторону, и два, обращенные в другую сторону, чтобы обеспечить протекание токов короткого замыкания переменного тока в обоих направлениях (таким образом отключая автоматический выключатель или УЗО).

Это означает, что гальванические токи (обычно от 0,4 до 0,8 вольт), вызывающие гальваническую коррозию, блокируются. Они должны были бы превышать 1,2 вольта, чтобы ток протекал. Они никогда не превышают этот уровень из-за вовлеченных металлов и воды. Это метод защиты от гальванической коррозии. Вот как они работают.

Теперь давайте посмотрим на разделительный трансформатор. Это правильный способ подключения такого устройства.Вы можете увидеть схемы их подключения по-разному. Они не правы.

Обратите внимание, что просто нет связи между землей береговой электростанции и землей на лодке. Именно это защищает сосуд от гальванической коррозии.

Также обратите внимание, что нейтраль и земля соединены на выходной стороне трансформатора. Это воссоздает точно такую ​​же ситуацию, которую мы обычно получаем от национальной сети, и это то, что позволяет предохранителям и УЗО работать правильно.

Наконец, обратите внимание, что между первичной обмоткой и вторичной обмоткой, которая подключена к заземлению береговой сети, имеется «защитный экран». Это делается для того, чтобы любой ток короткого замыкания в первичной обмотке (например, из-за пробоя изоляции) возвращался на землю береговой сети, чтобы отключить автоматический выключатель или УЗО, а не электрифицировать корпус лодки.

По сути, трансформатор воссоздает полностью изолированный источник переменного тока, как если бы у вас была собственная мини-электростанция переменного тока.Полностью изолирован от всего остального.

Это объясняет, как каждое устройство защищает от гальванических токов, вызывающих гальваническую коррозию. Теперь нам нужно перейти к объяснению того, что изменилось, что теперь делает изолирующие трансформаторы лучшим выбором.

Предыдущий    Следующий

 


Веб-сайт и все его содержимое Авторские права SmartGauge Electronics 2005, 2006, 2007, 2008. Все права защищены.
Последнее обновление страницы: 04.02.2008.
Веб-сайт лучше всего просматривать на каком-либо компьютере.

 

Гальваническая развязка

Гальваническая развязка — это принцип изоляции функциональных участков электрических систем таким образом, чтобы частицы, несущие заряд, не могли переходить из одного участка в другой, т. е. электрический ток не протекал непосредственно из одного участка в другой. Однако обмен энергией и/или информацией между секциями может осуществляться другими способами, такими как емкость, индукция, электромагнитные волны, оптические, акустические или механические средства.

Гальваническая развязка используется в ситуациях, когда две или более электрических цепей должны сообщаться друг с другом, но их заземления могут иметь разные потенциалы. Это эффективный метод разрыва контуров заземления путем предотвращения прохождения нежелательного тока между двумя блоками, имеющими общий заземляющий проводник. Гальваническая развязка также используется из соображений безопасности, предотвращая попадание случайного тока на землю (этаж здания) через тело человека.

Обзор

*Трансформаторы связаны магнитным потоком.Первичная и вторичная стороны не имеют электрического соединения. Напряжение изоляции (отраслевой стандарт) измеряется в киловольтах.
*Оптопары передают информацию световыми волнами. Отправитель (источник света) и приемник (светочувствительное устройство) электрически изолированы.
*Автотрансформаторы , а не обеспечивают гальваническую развязку.
*Если две электронные системы имеют общую землю, они не имеют гальванической развязки (по определению). Общая земля может не иметь связи с функциональными полюсами, но может соединяться в неопределенный момент времени.По этой причине изолирующие трансформаторы , а не обеспечивают «заземление/полюс заземления».

Приложения

*Оптопары для развязки вторичного функционального блока от основного функционального блока, подключенного к электросети (или к сети высокого напряжения).
*Оптопары для развязки одного сигнального потенциала от другого сигнального потенциала.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.