Гальваникалық оқшаулау: мақсаты мен әдістері. Гальваникалық оқшаулау дегеніміз не? Мақалалар сериясы үш бөліктен тұрады

Мақалалар топтамасы үш бөлімнен тұрады:

Схемаларға араласу.

Электрондық құрылғының қалыпты жұмысы кезінде тізбекте шу пайда болуы мүмкін.

Кедергілер құрылғының қалыпты жұмысына кедергі келтіріп қана қоймай, оның толық істен шығуына әкелуі мүмкін.

Күріш. 1. Пайдалы сигналдағы кедергі.

Осциллографтың экранында кедергіні зерттелетін тізбектің бөлігіне қосу арқылы көруге болады (1-сурет). Кедергілердің ұзақтығы өте қысқа («инелер» деп аталатын наносекундтар бірлігі) немесе өте ұзақ (бірнеше секунд) болуы мүмкін. Интерференцияның пішіні мен полярлығы да әртүрлі.
Кедергілердің таралуы (өтуі) тізбектің сымды қосылыстары арқылы ғана емес, кейде тіпті сымдармен қосылмаған тізбек бөліктері арасында да болады. Сонымен қатар, кедергілерді бір-бірімен біріктіруге, қорытындылауға болады. Осылайша, жалғыз әлсіз кедергі құрылғы тізбегінде ақау тудырмауы мүмкін, бірақ бірнеше әлсіз кездейсоқ кедергілердің бір уақытта жиналуы құрылғының дұрыс жұмыс істемеуіне әкеледі. Бұл факт кедергілерді іздеуді және жоюды бірнеше рет қиындатады, өйткені олар одан да кездейсоқ сипатқа ие болады.

Кедергі көздерін шамамен келесіге бөлуге болады:

• Сыртқы кедергі көзі.Құрылғының жанындағы күшті электромагниттік немесе электростатикалық өріс электрондық құрылғының ақауларын тудыруы мүмкін. Мысалы, найзағай соғуы, жоғары ток релесін ауыстыру немесе электр дәнекерлеу жұмыстары.
• Интерференцияның ішкі көзі.Мысалы, құрылғыдағы реактивті жүктемені (мотор немесе электромагнитті) қосу/өшіру тізбектің қалған бөлігінің дұрыс жұмыс істемеуіне әкелуі мүмкін. Дұрыс емес бағдарлама алгоритмі де ішкі кедергінің көзі болуы мүмкін.

Сыртқы кедергілерден қорғау үшін құрылым немесе оның жеке бөліктері металл немесе электромагниттік қалқанға орналастырылады, сонымен қатар сыртқы кедергілерге сезімталдығы аз тізбек шешімдері қолданылады. Сүзгілерді қолдану, жұмыс алгоритмін оңтайландыру, бүкіл схеманың құрылысын өзгерту және оның бөліктерінің бір-біріне қатысты орналасуы ішкі кедергілерден көмектеседі.
Барлық кедергілерді таңдаусыз басу емес, оларды тізбектегі олар зиян келтірместен өлетін жерлерге әдейі бағыттау өте талғампаз болып саналады. Кейбір жағдайларда бұл әдіс әлдеқайда қарапайым, ықшам және арзанырақ.

Тізбектердегі кедергілердің ықтималдығын және олардың алдын алу жолдарын бағалау теориялық білімді және практикалық тәжірибені қажет ететін оңай жұмыс емес. Бірақ соған қарамастан, қаттылықпен кедергі ықтималдығы артады деп айта аламыз:

• тізбектегі ауыспалы токтың немесе кернеудің жоғарылауымен,
• тізбек бөліктерінің сезімталдығының жоғарылауымен,
• қолданылатын бөліктердің жылдамдығының жоғарылауымен.

Жиі сәтсіздіктерге байланысты дайын дизайнды қайталамау үшін схеманы жобалау кезеңінде кедергілердің ықтимал көздерімен және таралу жолдарымен танысқан дұрыс. Кедергілердің барлық көріністерінің жартысына жуығы «жаман» қуатпен байланысты болғандықтан, оның бөліктерін қуаттандыру әдісін таңдау арқылы құрылғыны жобалауды бастаған дұрыс.

Қуат көзінің кедергісі.

2-суретте қоректендіру көзінен, басқару тізбегінен, драйверден және жетектен тұратын электрондық құрылғының типтік құрылымдық схемасы көрсетілген.
Осы сайттағы сериядағы ең қарапайым роботтардың көпшілігі осы схемаға сәйкес жасалған.

Күріш. 2. Басқару және қуат бөліктерін біріктірілген қоректендіру.

Мұндай схемаларда шартты түрде екі бөлікті бөлуге болады: басқару және қуат. Басқару бөлігі салыстырмалы түрде аз ток тұтынады және кез келген басқару немесе есептеу схемаларын қамтиды. Қуат бөлігі токты әлдеқайда көп тұтынады және күшейткіш пен аяқтау жүктемесін қамтиды.
Схеманың әрбір бөлігін толығырақ қарастырайық.

Күріш. 2 а.

Нәр беруші(Cурет 2 а.) «батареялар» немесе желілік трансформатордың қуат көзі болуы мүмкін. Қуат көзі кернеу реттегішін және шағын сүзгіні де қамтуы мүмкін.

Күріш. 2 б.

Бақылау схемасы- бұл схеманың бөлігі (2 б. сурет), мұнда кез келген ақпарат алгоритмнің жұмысына сәйкес өңделеді. Сыртқы көздерден, мысалы, кез келген сенсорлардан сигналдар да осында келуі мүмкін. Басқару тізбегінің өзін микроконтроллерлер немесе басқа микросұлбалар арқылы немесе дискретті элементтерде жинауға болады.

Байланыс желілеріолар басқару тізбегін жетек драйверіне қосады, яғни олар жай ғана сымдар немесе ПХД жолдары.

Күріш. 2 дюйм

Атқарушы құрылғы(Cурет 2 в.) жиі электр сигналын механикалық жұмысқа түрлендіретін механизм, мысалы, электр қозғалтқышы немесе электромагнит. Яғни, жетек электр тогын энергияның басқа түріне түрлендіреді және әдетте салыстырмалы түрде үлкен токты тұтынады.

Күріш. 2 ж.

Басқару тізбегінен сигнал өте әлсіз болғандықтан, сондықтан драйвер немесе күшейткіш(2д-сурет) көптеген схемалардың құрамдас бөлігі болып табылады. Драйверді, мысалы, жетек түріне байланысты тек бір транзисторда немесе арнайы микросұлбада орындауға болады.


Әдетте, күшті кедергінің негізгі көзі жетек болып табылады. Мұнда пайда болған кедергі жүргізуші арқылы өтіп, қуат шинасы бойымен одан әрі таралады (2-суреттегі кедергі қызғылт сары көрсеткі арқылы схемалық түрде көрсетілген). Басқару тізбегі бір қуат көзінен қуат алатындықтан, бұл кедергі оған да әсер етуі мүмкін. Яғни, мысалы, қозғалтқышта пайда болатын кедергі драйвер арқылы өтеді және басқару тізбегіндегі сәтсіздікке әкелуі мүмкін.
Қарапайым тізбектерде қуат көзіне параллельді шамамен 1000 микрофарадтың жоғары сыйымдылығы бар конденсаторды және керамикалық 0,1 микрофарадты қою жеткілікті. Олар қарапайым сүзгі ретінде әрекет етеді. Шамамен 1 ампер немесе одан көп тұтыну токтары бар тізбектерде күрделі пішінді күшті кедергілерден қорғау үшін сізге көлемді, күрделі сүзгіні орнату керек болады, бірақ бұл әрқашан көмектеспейді.
Көптеген тізбектерде кедергі әсерінен құтылудың ең оңай жолы - тізбектің басқару және қуат бөліктері үшін бөлек қоректендіру көздерін пайдалану, яғни деп аталатындарды пайдалану. бөлек қуат көзі.
Бөлек қуат тек кедергімен күресу үшін ғана емес қолданылады.

Бөлек тағам.

Суретте. 3 құрылғының құрылымдық схемасын көрсетеді. Бұл схема екі қуат көзін пайдаланады. Тізбектің қуат бөлігі қоректенеді қуат көзі 1, ал басқару схемасы - бастап қуат көзі 2. Екі қуат көзі де полюстердің бірімен қосылған, бұл сым бүкіл схемаға ортақ және оған қатысты сигналдар байланыс желісі арқылы беріледі.

Күріш. 3. Басқару және қуат бөліктері үшін бөлек қуат көзі.

Бір қарағанда, екі қуат көзі бар мұндай схема ауыр және күрделі болып көрінеді. Іс жүзінде мұндай бөлек электрмен жабдықтау схемалары, мысалы, барлық тұрмыстық жабдықтардың 95% -ында қолданылады. Бөлек қуат көздерінде әртүрлі кернеулер мен токтар бар трансформаторлардың әртүрлі орамдары бар. Бұл бөлек электрмен жабдықтау схемаларының тағы бір артықшылығы: бір құрылғыда әртүрлі қоректендіру кернеуі бар бірнеше блоктарды пайдалануға болады. Мысалы, контроллер үшін 5 вольтты, ал қозғалтқыш үшін 10-15 вольтты пайдаланыңыз.
Суреттегі диаграммаға қарап. 3, қуат блогының кедергісі электр желісінің бойымен басқару блогына түсе алмайтынын көруге болады. Демек, оны басу немесе сүзу қажеттілігі толығымен жойылады.

Күріш. 4. Тұрақтандырғышпен бөлек қуат көзі.

Мобильді құрылымдарда, мысалы, мобильді роботтарда өлшемдерге байланысты екі аккумуляторды пайдалану әрқашан ыңғайлы емес. Сондықтан бір аккумулятор жинағын пайдаланып бөлек қуат көзін салуға болады. Бұл жағдайда басқару тізбегі негізгі қуат көзінен төмен қуатты сүзгісі бар тұрақтандырғыш арқылы қоректенеді, сур. 4. Бұл схемада таңдалған түрдегі тұрақтандырғыштағы кернеудің төмендеуін ескеру қажет. Әдетте, басқару тізбегі талап ететін кернеуден жоғары кернеуі бар батарея жинағы қолданылады. Бұл жағдайда тізбектің жұмыс қабілеттілігі батареялардың ішінара зарядсыздануымен де сақталады.

Күріш. 5. Бөлек қуат көзі бар L293.

Көптеген драйвер микросұлбалары бірден бөлек қуат көзінің тізбектерінде пайдалану үшін арнайы әзірленген. Мысалы, белгілі L293 драйвер чипі ( Күріш. бес) шығысы бар Қарсы- басқару тізбегіне қуат беру (логикалық қоректендіру кернеуі) және шығыс Vs- қуат драйверінің соңғы кезеңдерін қоректендіру үшін (Қоректендіру кернеуі немесе шығыс кернеуі).
Микроконтроллері немесе сериядан логикалық чипі бар роботтардың барлық конструкцияларында L293-ді бөлек қуат беру тізбегі арқылы қосуға болады. Бұл жағдайда қуат бөлігінің қоректендіру кернеуі (қозғалтқыштар үшін кернеу) 4,5-тен 36 вольтке дейін болуы мүмкін, ал кернеуді Vss-ге микроконтроллерді немесе логикалық чипті (әдетте 5 вольт) қуаттандырудағыдай қолдануға болады. .

Басқару бөлігі (микроконтроллер немесе логикалық чип) тұрақтандырғыш арқылы қоректендірілсе, ал қуат бөлігі тікелей батарея жинағынан қуат алса, бұл энергия шығынын айтарлықтай үнемдейді. Өйткені тұрақтандырғыш бүкіл құрылымды емес, тек басқару тізбегін қуаттайды. Бұл - бөлек электрмен жабдықтаудың тағы бір артықшылығы: энергияны үнемдеу.

3-суреттегі диаграмманы қайта қарасаңыз, жалпы сымнан (GND) басқа қуат бөлімі де байланыс желілері арқылы басқару тізбегіне қосылғанын байқайсыз. Кейбір жағдайларда шу да осы сымдар арқылы қуат бөлімінен басқару тізбегіне өтуі мүмкін. Сонымен қатар, бұл байланыс желілері жиі электромагниттік әсерлерге өте сезімтал («пикап»). Осы зиянды құбылыстардан біржола құтылуға болады деп аталатындарды қолдану арқылы гальваникалық оқшаулау.
Гальваникалық оқшаулау тек кедергімен күресу үшін ғана емес қолданылады.

Гальваникалық оқшаулау.

Бір қарағанда, мұндай анықтама керемет көрінуі мүмкін!
Электрлік контактісіз сигналды қалай беруге болады?
Шын мәнінде, бұған мүмкіндік беретін екі жол бар.

Күріш. 6.

Оптикалық сигналдарды беружартылай өткізгіштердің фотосезімталдығы құбылысына негізделген. Ол үшін жарықдиодты жұп пен фотосезімтал құрылғы (фототранзистор, фотодиод) пайдаланылады, 6-сурет.

Күріш. 7.

Жарықдиодты фотодетектор жұбы бір корпуста бір-біріне қарама-қарсы оқшауланған. Бұл бөлшек деп аталады оптокоуплер(шетел аты оптокоплер), 7-сурет.
Егер оптикалық қосқыштың жарық диоды арқылы ток өткізілсе, онда орнатылған фотодетектордың кедергісі өзгереді. Светодиод фотодетектордан толығымен оқшауланғандықтан, контактісіз сигнал беру осылай жүреді.
Әрбір сигнал беру желісі үшін бөлек оптопарлар қажет. Оптикалық жолмен берілетін сигналдың жиілігі нөлден бірнеше ондаған немесе жүздеген килогерцке дейін болуы мүмкін.

Күріш. 8.

Индуктивті сигнал берутрансформатордағы электромагниттік индукция құбылысына негізделген. Трансформатор орамдарының біріндегі ток өзгергенде, екінші орамдағы ток өзгереді. Осылайша, сигнал бірінші орамнан екіншісіне беріледі (8-сурет). Орамдардың арасындағы бұл байланыс деп те аталады трансформатор, ал гальваникалық оқшаулауға арналған трансформатор кейде деп аталады оқшаулағыш трансформатор.

Күріш. тоғыз.

Құрылымдық жағынан трансформаторлар әдетте сақиналы феррит өзегінде жасалады, ал орамдарда сымның бірнеше ондаған бұрылыстары болады (9-сурет). Мұндай трансформатордың көрінетін күрделілігіне қарамастан, оны бірнеше минут ішінде дербес жасауға болады. Гальваникалық оқшаулауға арналған дайын шағын өлшемді трансформаторлар да сатылады.
Әрбір сигнал беру желісі үшін бөлек осындай трансформатор қажет. Таратылатын сигналдың жиілігі бірнеше ондаған герцтен жүздеген мың мегагерцке дейін болуы мүмкін.

Таратылатын сигнал түріне және тізбекке қойылатын талаптарға байланысты трансформаторды немесе оптикалық гальваникалық оқшаулауды таңдауға болады. Екі жағында гальваникалық оқшаулауы бар тізбектерде контурдың қалған бөлігімен сәйкестендіру үшін (муфта, интерфейс) жиі арнайы түрлендіргіштер орнатылады.

Енді 10-суреттегі басқару және қуат бөліктері арасындағы гальваникалық оқшаулауды қолданатын құрылымдық диаграмманы қарастырыңыз.

Күріш. 10. Бөлек қоректендіру және байланыс арнасының гальваникалық оқшаулауы.

Бұл диаграмма қуат бөлігінің кез келген кедергісінің басқару бөлігіне ену мүмкіндігі жоқ екенін көрсетеді, өйткені тізбек бөліктері арасында электрлік байланыс жоқ.
Гальваникалық оқшаулау жағдайында тізбектің бөліктері арасындағы электр байланысының болмауы жоғары вольтты қуаттағы жетектерді қауіпсіз басқаруға мүмкіндік береді. Мысалы, бірнеше вольттан қуат алатын басқару панелінің кейбір түрін бірнеше жүз вольтты желілік фазалық кернеуден гальваникалық түрде бөлуге болады, бұл пайдаланушы персоналдың қауіпсіздігін арттырады. Бұл гальваникалық оқшаулауы бар тізбектердің маңызды артықшылығы.

Гальваникалық оқшаулауы бар басқару схемалары әрқашан дерлік маңызды құрылғыларда, сондай-ақ коммутациялық қуат көздерінде болуы мүмкін. Әсіресе араласудың ең кішкентай мүмкіндігі бар жерде. Бірақ тіпті әуесқой құрылғыларда гальваникалық оқшаулау қолданылады. Өйткені гальваникалық оқшаулау арқылы тізбектің шамалы күрделенуі құрылғының бірқалыпты жұмысына толық сенімділік береді.

Бұл мақалада біз ең алдымен аналогтық сигналдың оптикалық оқшаулануына тоқталамыз. Бюджеттік нұсқа қарастырылады. Сондай-ақ, негізгі назар схемалық шешімнің жылдамдығына аударылады.

Аналогтық сигналды ажырату әдістері

Шағын шолу. Аналогтық сигналды гальваникалық оқшаулаудың үш негізгі жолы бар: трансформатор, оптикалық және конденсатор. Алғашқы екеуі ең көп қолдануды тапты. Бүгінгі таңда оқшаулау күшейткіштері немесе ажыратқыш күшейткіштер (оқшауланған күшейткіш) деп аталатын құрылғылардың тұтас класы бар. Мұндай құрылғылар сигналды түрлендіру арқылы жібереді (тізбекте сигнал модуляторы мен демодуляторы бар).

1-сурет. Оқшаулағыш күшейткіштердің жалпы сұлбасы.

Аналогтық кернеу сигналын беруге арналған құрылғылар (ADUM3190, ACPL-C87), сондай-ақ ток шунтына тікелей қосу үшін арнайы құрылғылар (SI8920, ACPL-C79, AMC1200) бар. Бұл мақалада біз қымбат құрылғыларды қарастырмаймыз, бірақ олардың кейбірін тізімдейміз: iso100, iso124, ad202..ad215 және т.б.

Сондай-ақ құрылғылардың тағы бір класы бар - желілік кері байланысы бар ажыратқыш оптикалық күшейткіштер (Linear Optocoupler) бұл құрылғыларға il300, loc110, hcnr201 кіреді. Бұл құрылғылардың жұмыс принципін олардың типтік қосылу схемасын қарау арқылы түсіну оңай.

2-сурет. Оптикалық күшейткіштерді ажыратуға арналған типтік схема.

Подробнее о развязывающих усилителях вы можете почитать: А. Дж. Пейтон, В. Волш «Аналоговая электроника на операционных усилителях» (глава 2), также будет полезен документ AN614 «A Simple Alternative To Analog Isolation Amplifiers» от silicon labs, там есть хорошая салыстырмалы кесте. Екі дереккөз де интернетте қолжетімді.

Оптикалық сигналды оқшаулауға арналған арнайы микрочиптер

Енді бизнеске! Алдымен үш мамандандырылған микросұлбаны салыстырайық: il300, loc110, hcnr201. Сол схема бойынша қосылған:

3-сурет. il300 үшін сынақ тізбегі, hcnr201 және loc110.

Айырмашылық сәйкесінше il300, hcnr201 R1, R3=30k, R2=100R және loc110 10k және 200R үшін рейтингтерде ғана (ең жоғары өнімділікке жету үшін әртүрлі рейтингтерді таңдадым, бірақ сонымен бірге рұқсат етілген шектен шықпаймын. , мысалы, эмитенттік диодтың тогы бойынша ). Төменде өздері үшін сөйлейтін толқын пішіндері берілген (бұдан әрі: көк - кіріс сигнал, сары - шығыс сигнал).

4-сурет. Өтпелі il300 осциллограммасы.

5-сурет. Hcnr201 өтпелі толқын пішіні.

6-сурет. Өтпелі толқын пішінілок110.

Енді ACPL-C87B чипін қарастырыңыз (кіріс сигналының диапазоны 0..2 В). Шынымды айтсам, мен онымен ұзақ уақыт бойы әбігерлендім. Менде екі микросұлба болды, біріншісінде күтпеген нәтиже алған соң, екіншісін өте мұқият өңдедім, әсіресе дәнекерлеу кезінде. Мен бәрін құжаттамада көрсетілген схемаға сәйкес жинадым:

7-сурет. үшін типтік схемаACPL— C87 құжаттамадан.

Нәтиже бірдей. Мен керамикалық конденсаторларды тікелей қуат аяқтарының жанында дәнекерледім, оп-амперді өзгерттім (әрине мен оны басқа тізбектерде тексердім), тізбекті қайта жинадым және т.б. Іс жүзінде бұл не: шығыс сигналында айтарлықтай ауытқулар бар.

8-сурет. Өтпелі толқын пішініACPL— C87.

Өндіруші 0,013 мВрмс шығыс сигналының шу деңгейін және «В» опциясы үшін дәлдік ±0,5% болатынын уәде еткеніне қарамастан. Не болды? Құжаттамада қате болуы мүмкін, өйткені 0,013 мВм-ге сену қиын. Түсініксіз. Бірақ құжаттаманың 12-суретіндегі Vout Noise қарама-қарсысындағы Сынақ шарттары / Ескертулер бағанын қарастырайық:

9-сурет. Шу деңгейінің кіріс сигналының шамасына және шығыс сүзгісінің жиілігіне тәуелділігі.

Мұнда сурет сәл айқынырақ болады. Өндіруші бізге бұл шуды төмен өткізгіш сүзгі арқылы басуға болатынын айтады. Кеңесіңізге рахмет (ирония). Осының бәрі неліктен қулықпен шықты. Неге екені түсінікті шығар. Төменде шығыс RC сүзгісі жоқ және бар графиктер берілген (R=1k, C=10nF (τ=10µS))

10-сурет. Өтпелі толқын пішініACPL— C87 шығыс сүзгісі жоқ және бар.

Сигналдарды ажырату үшін жалпы мақсаттағы оптопарларды пайдалану

Енді ең қызықтысына көшейік. Төменде мен Интернеттен тапқан диаграммалар бар.

11-сурет. Екі оптоэлементтегі аналогты сигналды оптикалық ажыратудың типтік схемасы.

12-сурет. Екі оптоэлементтегі аналогты сигналды оптикалық ажыратудың типтік схемасы.

13-сурет. Екі оптоэлементтегі аналогты сигналды оптикалық ажыратудың типтік схемасы.

Бұл шешімнің артықшылықтары да, кемшіліктері де бар. Артықшылығы - жоғары оқшаулау кернеуі, кемшілігі - екі микросұлба параметрлері бойынша айтарлықтай ерекшеленуі мүмкін, сондықтан, айтпақшы, бір партиядан микросұлбаларды пайдалану ұсынылады.

Мен бұл схеманы 6n136 чипіне жинадым:

14-сурет. 6-дағы өтпелі толқын пішінін ажыратуН136.

Бұл жұмыс істеді, бірақ баяу. Мен басқа микросхемаларға (мысалы, sfh615) жинауға тырыстым, бірақ баяу. Маған тезірек керек болды. Сонымен қатар, жиі схема пайда болатын өздігінен тербелістерге байланысты жұмыс істемейді (мұндай жағдайларда олар ACS тұрақсыз деп айтады))) Бұл конденсатордың C2 мәнін арттыруға көмектеседі күріш. 16.

Бір досы отандық оптокоуптерге кеңес берді AOD130A. Бет нәтижесі:

15-сурет. AOD130A бойынша өтпелі айырудың осциллограммасы.

Ал мына диаграмма:

16-сурет: AOD130A кезінде ажырату диаграммасы.

Шығу сигналының кірістен аз немесе үлкен болуына байланысты бір потенциометр қажет (RV1 немесе RV2). Негізінде, R3=4.7k бар қатарға тек бір RV=2k қоюға немесе R3-сіз тек RV2=10k қалдыруға болады. Принцип түсінікті: шамамен 5к реттей алу.

Сигнал трансформаторының оқшаулау чипі

Трансформатор опциясына көшейік. ADUM3190 микросхемасы 200 және 400 кГц жиілікте екі нұсқада қол жетімді (менде 400-де ADUM3190TRQZ бар), сонымен қатар ADUM4190 жоғары оқшаулау кернеуіне арналған микросұлба бар. Істің ең кішкентайы екенін ескертемін - QSOP16. Шығыс кернеуі 0,4-тен 2,4В-қа дейін. Менің микросұлбамда шығыс ығысу кернеуі шамамен 100мВ (18-суреттегі осциллограммада көрсетілген). Жалпы алғанда, ол жақсы жұмыс істейді, бірақ жеке мені шығыс кернеуінің диапазоны толығымен қанағаттандырмайды. Құжаттамадағы схемаға сәйкес құрастырылған:

17-сурет. Құжаттамадан ADUM3190 диаграммасы.

Кейбір толқын пішіндері:

18-сурет. ADUM3190 өтпелі кезеңінің осциллограммасы.

Нәтижелер

Қорытындылау. Менің ойымша, ең жақсы нұсқа - бұл отандық ADO130A схемасы (олар оларды қайдан алды?!). Соңында, шағын салыстырмалы кесте:

*- шамамен (жылдамдықты оңтайландырумен жиналған схемаға сәйкес)

** - минимум үшін орташа баға.
Ярослав Власов

P.S. «Протон» ААҚ шығарған AOD130A (қара қорапта логотипі қашалған) жақсы. Ескілері (қоңыр қапшықтағы 90-шы жылдар) жақсы емес.

Кіріспе

Гальваникалық оқшаулау (оқшаулау), әдетте оқшаулау деп аталады, электр жүйесінің жеке бөліктері әртүрлі жердегі потенциалдарда болуы мүмкін әдіс. Ажыратудың ең көп тараған екі себебі - өнеркәсіптік деңгейдегі өнімдердегі ақауларға төзімділік және әрқайсысында жеке қуат көзі бар құрылғылар арасында сымды байланыс қажет.

Қуатты ажырату әдістері

трансформаторлар

Ажыратудың ең көп таралған түрі - трансформаторды пайдалану. Ажырату қажет болатын қуатты тұрақтандыру сұлбасын жобалау кезінде конструкцияның оқшаулау бөлігі кернеу деңгейін жоғарылату/төмендету қажеттілігімен байланысты және жүйенің жеке бөлігі ретінде қарастырылмайды. Бүкіл электр жүйесін оқшаулау қажет болған жағдайда (мысалы, көптеген автомобиль сынақ жабдықтары қуат көздерін айнымалы ток желісінен оқшаулауды талап етеді), электр қуатын қамтамасыз ету үшін жүйемен 1:1 трансформаторын тізбектей орнатуға болады. қажетті оқшаулау.

1-сурет - SMD трансформаторларының диапазоны

Конденсаторлар

Ажыратудың аз таралған әдісі конденсаторларды тізбектей пайдалану болып табылады. Айнымалы ток сигналдарының конденсаторлар арқылы өту мүмкіндігіне байланысты бұл әдіс айнымалы ток желісінен электр жүйесінің бөліктерін оқшаулаудың тиімді әдісі болуы мүмкін. Бұл әдіс трансформатор әдісіне қарағанда сенімді емес, себебі ақаулық орын алған жағдайда трансформатор тізбекті үзіп, конденсаторды тұйықтайды. Айнымалы ток желісінен гальваникалық оқшаулауды қамтамасыз ету мақсаттарының бірі ақаулық туындаған жағдайда пайдаланушы жұмыс істейтін шектеусіз ток көзінен қауіпсіз болуы болып табылады.

2-сурет - ажыратуды жасау үшін конденсаторларды пайдалану мысалы

Сигналдарды оқшаулау әдістері

Оптоизоляторлар

Әртүрлі жердегі потенциалдардағы тізбектің екі бөлігінің арасында өту үшін сигнал қажет болған кезде опто-изолятор (оптокоуплер) танымал шешім болып табылады. Опто-изолятор - бұл ішкі жарық диоды қосылған кезде ашылатын («қосылады») фототранзистор. Ішкі жарық диоды шығаратын жарық сигнал жолы болып табылады, сондықтан жердегі потенциалдар арасындағы оқшаулау бұзылмайды.

Холл датчигі

Бөлек жердегі потенциалдары бар электр жүйелері арасында ақпаратты берудің тағы бір әдісі Холл эффектісіне негізделген сенсорды пайдалану болып табылады. Холл сенсоры индукцияны инвазивті емес түрде анықтайды және зерттелетін сигналмен тікелей жанасуды қажет етпейді және оқшаулау кедергісін бұзбайды. Әртүрлі жердегі потенциалдардағы тізбектер арқылы индуктивті ақпаратты берудің ең көп таралған түрі ток датчиктерінде.

4-сурет - Өткізгіш арқылы токты өлшеу үшін қолданылатын ток сенсоры

Қорытынды

Гальваникалық оқшаулау (оқшаулау) - тұрақты емес ток өтуі мүмкін және әртүрлі жердегі потенциалдар болуы мүмкін электр жүйелерін/ішкі жүйелерді бөлу. Ажыратуды негізгі санаттарға бөлуге болады: қуат бойынша және сигнал бойынша. Ажыратуға қол жеткізудің бірнеше жолы бар және жобаның талаптарына байланысты кейбір әдістер басқаларға қарағанда жақсырақ болуы мүмкін.

Практикалық мысал

Жоғарыдағы диаграммада коммутациялық қоректендіру көзін құру үшін бірнеше трансформаторлар және опто-изолятор пайдаланылады, ол Ethernet PD (қуат беретін құрылғы) құрылғыларында қолданылады. J2 қосқышында бүкіл жүйені PoE көзінен оқшаулайтын ішкі магниттері бар. T1 және U2 қуат көзін (қызыл сызықтың сол жағында) реттелетін 3,3 В шығысынан (қызыл сызықтың оң жағында) оқшаулайды.

Бұл мақалада мен ескі UPS-тен тізедегі 220 В желісінен қарапайым гальваникалық оқшаулауды қалай жасау керектігі туралы айтатын боламын (дәлірек айтқанда, екіден).

Желіден гальваникалық оқшаулаудың не үшін қажет екендігі ешкімге құпия емес деп үміттенемін. Көптеген адамдар жерге тұйықталған осциллографпен жарты тізбекті жарып жіберудің ең оңай тәсілдерінің бірін білетін шығар. Сондықтан мен осциллографты алғаннан кейін нақты ажырату туралы ойладым. Ең қарапайым жағдайда ажырату 1:1 түрлендіру қатынасы бар трансформаторға ұқсайды. Сондықтан бастапқыда TS-270 алып, оны кері айналдыру идеясы болды. Бірақ мен артқа айналдырғым келмеді және қолымда жеткілікті қуаттағы қосымша трансформатор болмады. Бірақ қалай болғанда да жұмыста ескі UPS келді. Шамамен былай:

Ал содан кейін «ауысымдарға» денумент жасау идеясы келді, яғни. екі бірдей трансформаторды кері қосу кезінде:

Әрине, трансформаторлардың шығысындағы кернеу неғұрлым жоғары болса, соғұрлым ток азырақ ағып, соғұрлым жақсы болады, бірақ мен таңдаудың қажеті жоқ еді және мен «сол қалпында» принципін қолдандым. UPS корпусын және онда орнатылған трансформаторды пайдалану туралы шешім қабылданды. Қытайлықтар шығыстағы кернеудің болуын бақылауға мәжбүр болды:

Екінші трансформатор табылып, жөнделгеннен кейін барлығын қосу ғана қалды.

Нәтижесінде бізде соңғы схема бар, оған сәйкес трансформаторларды қосамыз:

Шығарылған фрагмент. Біздің журнал оқырмандардың қайырымдылықтары бойынша жұмыс істейді. Бұл мақаланың толық нұсқасы тек қол жетімді

Және біз келесідей нәрсені аламыз:

Алдымен мен аналық тақтаны лақтырып тастадым, бірақ, белгілі болғандай, корпус қаттылығын жоғалтады және мен оны барлық бөлшектерді алдын ала шешіп, орнына қайтаруға тура келді:

Содан кейін мен вольтметрді қостым:

Мен стандартты қосқыштың артқы жарығын қуаттандыру үшін 18 В қайталама ораманы қолдандым. Мен стандартты қайта пайдалануға болатын UPS сақтандырғышын кіріс сақтандырғыш ретінде қолдандым және шығысты қорғау үшін кәдімгі сақтандырғыш ұстағышын енгіздім.

Және, уа! Біздің байланысымыз жұмыс үстінде.

1947 жылдан бері энергетикалық электрониканы әзірлеуші ​​және өндіруші болып табылатын International Rectifier қолданбалардың барлық түрлеріне арналған опторелелердің үлкен ауқымын шығарады. Олардың ең танымалдарын келесі топтарға бөлуге болады:

• Жылдам актерлік (PVA, PVD, PVR);

• жалпы мақсат (PVT);

• Төмен вольтты орташа қуат (PVG, PVN);

• Жоғары кернеу күшті (PVX).

PVA33: жылдам реле
сигналды ауыстыру үшін

Айнымалы ток реле сериясы PVA33 -бір полюс, әдетте ашық. Аналогтық сигналдарды ауыстырудың жалпы мақсаттарына арналған.

Құрылғының жұмыс істеу принципі келесідей (1-сурет). Реле кірісіне қолданылатын кернеу галлий арсенидінің жарық диоды (GaAlAs) арқылы токтың ағып кетуіне әкеледі, бұл соңғысының қарқынды жарқылына әкеледі. Жарық ағыны кіріктірілген фотоэлектрлік генераторға (FGG) түседі, ол қақпа мен шығыс кілтінің көзі арасында потенциалдар айырмасын жасайды, осылайша соңғысын өткізгіш күйге ауыстырады. Қуатты шығыс ажыратқыштары ретінде Power MOSFET (HEXFET – патенттелген IR технологиясы) пайдаланылады. Осылайша, кіріс тізбектерінің шығыс тізбектерінен толық гальваникалық оқшаулануына қол жеткізіледі.

Күріш. бір.

Кәдімгі электромеханикалық және қамыс релелерімен салыстырғанда мұндай шешімнің артықшылығы қызмет ету мерзімі мен жылдамдығының айтарлықтай артуы, қуаттың жоғалуын азайту және өлшемдерді азайту болып табылады. Бұл артықшылықтар сигналдарды мультиплекстеу, автоматты сынақ жабдықтары, деректерді жинау жүйелері және т.б. сияқты әртүрлі қолданбалар үшін әзірленген өнімдердің сапасын жақсартады.

Осы серияның релесі ауыстыра алатын кернеу деңгейі айнымалы токтың да, тұрақты токтың да 0-ден 300 В-қа дейінгі (ең жоғары мәні) диапазонында болады. Бұл жағдайда ең төменгі деңгей (тұрақты ток кезінде) орташа шамамен 1 Ом (максимум 20 Ом дейін) болатын шығыс транзисторлардың арна кедергісі арқылы анықталады.

Құрылғының динамикалық сипаттамалары қосу-өшіру уақытымен анықталады, ол шамамен 100 мкс. Осылайша, реленің кепілді ауысу жиілігі 500 Гц немесе одан да көп жетуі мүмкін.

Ауыстырылатын сигналдың максималды жиілігі негізінен пайдаланылатын транзисторлардың жиілік сипаттамаларына байланысты және MOS қосқыштары үшін ол жүздеген килогерцке жетеді. Релелер 8 істікшелі DIP пакеттерінде жеткізіледі және екі нұсқада қол жетімді: саңылау және үстіңгі бекіту.

PVT312: телекоммуникациялық релесі
жалпы мақсат

фотоэлектрлік реле PVT312,бір полюсті, әдетте ашық, тұрақты және айнымалы токта да қолдануға болады.

Бұл қатты күй релесі телекоммуникациялық қолданбалар үшін арнайы жасалған. релелік қатар PVT312L(«L» жұрнағы бар) өтпелі токтың секірулеріне төтеп беруге мүмкіндік беретін белсенді ток шектеу тізбегін пайдаланыңыз. PVT312 6 істікшелі DIP бумасында қол жетімді.

Қолданылуы: телекоммуникациялық кілттер, триггерлер, жалпы коммутациялық схемалар.

Қосылу схемалары үш түрлі болуы мүмкін (2-сурет). Бірінші жағдайда екі микросұлба пернелері тізбектей қосылған. Бұл алынған тізбектің симметриясының арқасында айнымалы кернеуді ауыстыруға мүмкіндік береді. Мұндай схема «А» типті қосу деп аталады. «В» типі микросұлбаның екі пернесінің біреуі ғана пайдаланылуымен ерекшеленеді. Бұл сізге көбірек ауысуға мүмкіндік береді, бірақ тек тікелей ток. Үшінші нұсқада («C» түрі) пернелер параллель қосылады, осылайша максималды мүмкін ток мәнін арттырады.

Күріш. 2.

PVG612: орташа вольтты төмен кернеу релесі
айнымалы ток қуаты

Фотоэлектрлік реле сериясы PVG612 -бірполярлы, қалыпты ашық қатты күй релелері. PVG612 сериясының ықшам құрылғылары айнымалы ток немесе тұрақты ток 12-ден 48 В-қа дейінгі кернеумен 1 А-ға дейінгі токтарды оқшауланған ауыстыру үшін қолданылады.

Бұл түрдегі релелер MOS транзисторлық шешімдеріне тән жұмыс жылдамдығын сақтай отырып, салыстырмалы түрде үлкен (берілген құрылғы түрі үшін) айнымалы токтарды ауыстыра алатындығымен қызықты.

PVDZ172N: төмен кернеу ортасы
тұрақты токқа арналған қуат

Осы сериядағы релелер (3-сурет), жоғарыда сипатталғандардан айырмашылығы, қуаты 1,5 А дейін және кернеуі 60 В-қа дейінгі тұрақты полярлық токтарды ауыстыруға арналған. Мысалы, бұл релелер жарықтандыру құрылғыларын, қозғалтқыштарды, қыздыру элементтерін және т.б. басқару .d.

Күріш. 3.

PVDZ172Nәдетте ашық, бір полюсті, 8 істікшелі DIP пакеттері ретінде қол жетімді.

Басқа ықтимал қолданбаларға аудио жабдықтар, қуат көздері, компьютерлер және перифериялық құрылғылар жатады.

PVX6012: ауыр жүктерге арналған

Үлкен төмен жиілікті жүктемелер үшін IR фотоэлектрлік реле ұсынады PVX6012(4-сурет) (бір полюсті, әдетте ашық). Құрылғы оқшауланған биполярлы транзисторға (IGBT) негізделген шығыс кілтін пайдаланады, бұл ашық күйде төмен кернеудің төмендеуін және жабық күйде жеткілікті жоғары жұмыс жылдамдығында (7 мс қосулы) төмен жоғалту токтарын алуға мүмкіндік берді. 1 мс өшіру).

Күріш. 4.

PVX6012 14 істікшелі DIP пакетінде қол жетімді, бір қызығы, ол тек төрт түйреуішті пайдаланады - бұл шешім құрылғыны жақсырақ салқындатуға мүмкіндік береді.

Негізгі қолдану салаларына мыналар жатады: сынақ жабдықтары; өндірістік бақылау және автоматтандыру; электромеханикалық релелерді ауыстыру; сынап релелерін ауыстыру.

PVI: сыртқы фотооқшаулағыш
жоғары қуатты кілттер

Бұл серияның құрылғылары сөздің дұрыс мағынасында реле емес. Яғни, олар кішігірім энергияның көмегімен үлкен энергия ағындарын ауыстыра алмайды. Олар тек шығыстан кірістің гальваникалық оқшаулануын қамтамасыз етеді, демек, олардың атауы - фотоэлектрлік изолятор (5-сурет).

Күріш. бес.

Неліктен бізге мұндай «недореле» керек? Өйткені, PVI сериялы құрылғылар кіріс сигналын қабылдаған кезде электрлік оқшауланған тұрақты кернеуді жасайды, бұл қуатты MOSFET және IGBT қақпаларын тікелей жүргізу үшін жеткілікті. Шындығында, бұл опто-реле, бірақ шығару кілті жоқ, ол үшін әзірлеуші ​​қуат тұрғысынан оған сәйкес келетін бөлек транзисторды пайдалана алады.

PVI басқару тізбегі мен жоғары қуатты жүктеме тізбектері арасындағы оптикалық оқшаулаумен жоғары токты және/немесе жоғары кернеуді ауыстыруды қажет ететін қолданбалар үшін өте қолайлы.

Оқшаулағыш сериялардан басқа PVI1050Nбір мезгілде басқарылатын екі шығысты қамтиды, бұл басқару тогының (MOS) жоғары мәнін немесе басқару кернеуінің (IGBT) жоғары мәнін қамтамасыз ету үшін оларды тізбектей немесе параллель қосуға мүмкіндік береді. Осылайша, сіз шын мәнінде 10 В / 5 мкА сериялы және параллельді 5 В / 10 мкА шығыс сигналын ала аласыз.

PVI1050N екі шығысын шығыстар арасындағы әлеуетті айырмашылық 1200 Вдc аспайтын жағдайда бөлек пайдалануға болады.Кіріс-шығыс оқшаулауы 2500 Вдc құрайды.

Бұл серияның құрылғылары 8 істікшелі DIP пакеттерінде қол жетімді және күшті жүктемелерді, кернеу түрлендіргіштерін және т.б. бақылауды ұйымдастыруда қолданылады.

PVR13: қос жылдам реле

Бұл серияның басты ерекшелігі - бір корпуста екі тәуелсіз реле болуы (6-сурет), олардың әрқайсысы «A», «B» немесе «C» түрі ретінде қосылуы мүмкін (түрлерді түсіндіру үшін). , жоғарыдағы PVT312 сипаттамасын қараңыз). Максималды ауысу кернеуі 100 В (тұрақты ток/айнымалы ток), ток 300 мА. Әйтпесе, бұл реле ауқымы мен сипаттамалары бойынша PVA33-ке жақын және сонымен қатар орташа жиіліктегі (жүздеген килогерцке дейін) аналогтық сигналдарды ауыстыруға арналған.

Күріш. 6.

Тесік өткізгіштері бар 16 істікшелі DIP пакеттерінде қол жетімді.

ИҚ оптоэлектронды релелердің негізгі сипаттамалары 1-кестеде берілген.

1-кесте. ИҚ оптоэлектронды реле параметрлері

ИҚ оптоэлектронды релелерді қолдану

Басқару жүйелері.АБЖ интерфейстерінде сенімді гальваникалық оқшаулауды қамтамасыз ете отырып, басқару және коммутациялық тізбектер арасындағы байланысты ұйымдастыру өзекті мәселелердің бірі болып табылады. Яғни, ақпаратты беруді (мысалы, жетекке сигнал) электрлік контактісіз ұйымдастыру қажет. Осындай алғашқы құрылғылардың бірі магнит өрісі арқылы ақпарат берілетін электромеханикалық реле болды. Дегенмен, механикалық бөліктердің болуы контактілердің ұшқынына және мұндай жүйелердің төмен жылдамдығына әкелді.

АБЖ интерфейстерінде (7-сурет) жарық ағыны (оптоэлектрондық реле) арқылы сигнал беруді пайдалану электромеханикалық ажыратқыштармен салыстырғанда жоғары сенімділікті, коммутация жылдамдығын, ұзақ мерзімділігін, жақсы салмақ пен өлшем көрсеткіштерін қамтамасыз етеді; ал электрондық ажыратқыштармен салыстырғанда артықшылығы ортақ нүктенің болмауы және коммутация кезінде тізбектердің өзара әсер етуі.

Күріш. 7.

Басқару жүйесінде гальваникалық оқшаулаудың болуы коммутатордың маңызды қасиеттерінің бірі болып табылады, өйткені бөлек басқару ағындарын құруға мүмкіндік береді, бұл өз кезегінде жүйенің ақпараттық және атқарушы аймақтарының электрлік тәуелсіздігін қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Оптикалық гальваникалық оқшаулау микроэлектрондық басқару жабдығын шеткергі орындаушы құрылғылардың жоғары ток және жоғары вольтты тізбектерінен оқшаулайды, бұл шуға төзімділіктің жоғарылауына, қызмет ету мерзімінің артуына және мұндай жабдықтың бағасының төмендеуіне әкеледі.

Күріш. 8.

Өлшеу жабдықтарындағы тағы бір қажетті функция бұрын механикалық түрде орындалған жұмыс режимдерін ауыстыру (өлшеу диапазоны, күшейту, қосылу түрі және т.б.). Мысалы, кернеуді өлшеу үшін вольтметр тізбекке параллель жалғанса, ток күшін өлшеу үшін өлшеу жабдығы тізбекпен тізбектей жалғануы керек. Кейбір құрылғыларда мұндай қосқышты жүзеге асыру үшін өлшеу сызығын механикалық ауыстырып, басқа кірісті пайдалану қажет болды. Өлшенетін параметрдің жиі өзгеруі жағдайында бұл өте ыңғайсыз, сондықтан оптоэлектрондық релелерді пайдалану бұл мәселені тиімді шеше алады, бұл құрылғыны пайдаланудың ыңғайлылығын айтарлықтай арттырады.

Екінші жағынан, деректерді жинақтау жүйелерінде опто-релені пайдалану қажеттілігі көбінесе өлшеу жабдығының сезімтал кіріс тізбектерінің (аналогты-цифрлық және жиілікті түрлендіргіштер) зақымдалу ықтималдығының жоғары болуына байланысты. Мұндай жағымсыз әсер, мысалы, бастапқы түрлендіргіштен өлшеу элементіне дейінгі өткізгіштердің үлкен ұзындығына байланысты болуы мүмкін, бұл электростатикалық кедергінің индукциясына ықпал етеді. Сонымен қатар, жабдықты қосу/өшіру кезіндегі өтпелі процестер де, оны пайдаланудағы қателер де, мысалы, электр қуатын өшіру кезінде үлкен амплитудалық кіріс сигналының болуы айтарлықтай әсер етуі мүмкін.

Барлық осы факторлар гальваникалық оқшаулауды қолдану қажеттілігіне әкеледі. Мысал ретінде ұзын өткізгіштері бар құрылғыларда немесе күрделі электромагниттік ортада жұмыс істейтін (зауыттың қоршаған ортаны бақылау сымды жүйелері, өнеркәсіптік түрлендіргіштер) жұмыс істейтін құрылғыларда тиімді пайдаланылуы мүмкін кірістірілген белсенді толқынды токты басатын тізбегі бар PVT312L сериялы релелерді келтіруге болады.

Телекоммуникациялар.Байланыс саласында опторелейді қолдану да перспективті бағыт болып табылады. Оптикалық реле артықшылықтарын пайдалана алатын бірнеше бірегей мүмкіндіктер бар. Оларға электростатикалық (соның ішінде найзағай) разрядтардан болатын зақымдануды болдырмау үшін модем мен телефон желісі арасындағы гальваникалық оқшаулау жатады; телефон аппаратурасының нақты функцияларын жүзеге асыру (импульстік және дыбыстық теру, қосылу және желі күйін анықтау) және т.б.

Қорытынды

Соңғы жылдары ИҚ оптоэлектронды релелерге сұраныстың тұрақты өсу үрдісі байқалды. Қатты күйдегі релелердің негізгі тұтынушылары еліміздің өнеркәсіп алпауыттары – аспап жасау және көлік кәсіпорындары, «Ростелеком», «Росатом», «Ресей темір жолы» ірі мемлекеттік корпорациялары болып табылады. Өндірушілер өнеркәсіптік қолданбаларға арналған ИК релелерінің ыңғайлылығы мен жоғары өнімділігін бағалайды.

Екінші жағынан, әскери және аэроғарыш өнеркәсібінің электрондық жабдықтарының сенімділігіне қойылатын талаптар үнемі өсіп келеді. Мәселе өте өзекті, ол жұмыс кезінде жабдықтың істен шығуын азайтатын нақты техникалық шешімдерді талап етеді. Мамандардың ешқайсысы қатты күйдегі реле арнайы мақсаттағы жабдықтың сенімділігін арттыра алатынына күмәнданбайды.