6.3. Гальваническое разделение цепей
Гальваническое разделение цепей (гальваническая развязка) преследует цель защиты входных цепей УСО от помех. Под этим термином подразумевают семейство технических способов обеспечения изоляции между частями системы, которая обеспечивает непроводимость гальванического барьера для земельных и питающих сквозных токов и проводимость для информационного сигнала фактически это устройство отделения информационного сигнала от среды, по которой он пришел.
В сложной системе управления с разветвленными каналами связи имеется опасность появления ложного заземления линии, причем земля может появиться на нескольких участках цепи одновременно. Для повышения живучести системы по отношению к подобным нарушениям предусматривается гальваническая изоляция входных и выходных цепей приборов относительно цепи питания, а во многих блоках – также между входными и выходными цепями.
Гальваническая изоляция цепей особенно необходима для обеспечения возможности последовательного соединения нескольких потребителей или источников сигнала, каждый из которых может иметь свою точку заземления.
Принято различать поперечные помехи, называемые также помехами нормального вида (Noise Normal—Mode), и продольные помехи, именуемые помехами общего вида (Noise Common—Mode). Поперечные помехи действуют между входными зажимами измерительного усилителя наряду с входным сигналом. Продольные помехи действуют между входными зажимами измерительного усилителя и землей и в общем случае являются следствием электрической связи источника сигнала и измерительного усилителя с землёй через комплексные сопротивления. Разность потенциалов «земель», обусловленная блуждающими токами, заземлением силовых установок и т.д., и определяет возникновение в измерительном контуре дополнительного источника напряжения продольной помехи, суммируемого с напряжением измеряемых сигналов датчика. Так как проводники, соединяющие датчик и измерительный усилитель, имеют конечное сопротивление, образуется на входе измерительного усилителя напряжение уже поперечной помехи, пропорциональное отношению сопротивления проводника к сумме комплексных сопротивлений электрических связей с землёй, внутреннего сопротивления источника продольной помехи и сопротивления проводника. Таков механизм преобразования продольной помехи в поперечную.
Гальваническое разделение цепей постоянного тока осуществляется обычно по структурной схеме, приведенной на рис. 6.2, а.
Рис. 6.2. Способы гальванического разделения цепей:
а – с помощью модуляции-демедуляции;
б – с применением оптоэлектронных преобразователей.
В модуляторе М сигнал постоянного тока превращается в последовательность импульсов с использованием амплитудно-импульсной или широтно-импульсной модуляции. Далее импульсный сигнал проходит через разделительный трансформатор Тр, обеспечивающий собственно гальваническое разделение входных и выходных цепей. В демодуляторе Дм производится фазочувствительное выпрямление сигнала, а с помощью сглаживающего фильтра Ф выделяется постоянная составляющая выпрямленного сигнала.
При передаче дискретных сигналов для осуществления гальванического разделения цепей применяются также оптоэлектронные преобразователи – оптроны (рис. 6.2, б), содержащие светодиод СД и фоторезистор ФР (резисторный оптрон) или фототиристор ФТ (тиристорный оптрон).
При появлении управляющего сигнала Uупр светодиод СД облучает светом фоторезистор ФР или фототиристор ФТ, которые переходят в проводящее состояние и замыкают собой цепь нагрузки zв. После исчезновений сигнала управления излучение светодиода прекращается. Сопротивление фоторезистора в этот момент резко возрастает, что соответствует отключению цепи нагрузки. Отключение же фототиристора может произойти только тогда, когда не только сигнал управления, но и ток нагрузки снизится до нуля. Поэтому тиристорный оптрон используется обычно для коммутации цепей с пульсирующим до нуля током.
Для обеспечения помехустойчивой передачи как цифровых, так и аналоговых сигналов необходимо каждый сигнал передавать по отдельной перевитой паре проводов, а весь жгут заключать в металлический экран. Экран следует заземлять только с одной стороны – либо у источника, либо у приемника сигнала, там, где имеется общая заземленная точка. Например, прием сигнала на вход дифференциального усилителя или на обмотку реле, запитываемого от УСО, не имеет непосредственной связи с «землей», поэтому экран следует заземлять у источника сигнала (рис. 6.3, а). Если же и приемник сигнала, и источник сигнала имеют каждый свое заземление, то экранирование не защищает от проникновения помехи общего вида Еп, вызванной разностью потенциалов общих точек питания источника и приемника. В этом случае надо вводить гальваническую развязку цепей источника и приемника с помощью оптронов (в данном случае транзисторным) (рис. 6.3, б). Обычно Zз 8 / 34 8910111213141516171819202122232425> Следующая >>>
Источник
Гальваническое разделение. Часть 1
▌А зачем?
Порой приходится работать с системами где крайне нежелательно, чтобы была электрическая связь между блоками устройства. Скажем между блоком датчиков, линиями ввода-вывода и блоком управления. Обычно это связано с тем, что линии IO находятся на горячей стороне с высоким напряжением, а цепи управления мало того, что работают на низком напряжении, так еще до них может дотянуться своими шаловливыми ручонками человек и убиться об них если что-то пойдет не так. Разделение часто делают, чтобы отрезать крайне шумную часть от нежных мозгов сложной логики, вроде контроллера, чтобы ему не прилетело в голову какой-нибудь высоковольтной помехой. Также гальваническую развязку делают в том случае если есть проблема с объединением земель между блоками из-за блуждающих токов, наводок и прочих бед.
При этом информация, а часто и питание передаются между блоками каким-нибудь не электрическим способом. Например, через свет или электромагнитные волны. А исходный сигнал вначале преобразуется из электрической величины в удобную для передачи, скажем из напряжения в частоту, этот частотный сигнал подается на светодиод, который моргает в глаз фотодиоду, а на обратной стороне происходит обратное преобразование, из частоты в напряжение. Вместо оптопары в некоторых случаях может использоваться трансформатор, т.к. через него свободно протекает переменный ток и можно гальванически развязать сигналы через магнитную индукцию. Так, например, сделано в Ethernet где трансформатор стоит либо прям в разъеме, либо в виде отдельного блока прям рядом с ним.
▌Гальваническое разделение питания
Обычно гальванически разделяют информационную составляющую сигнала связи, а питание каждый блок берет из своего источника. Но иногда надо выделить изолированную часть в одном приборе, а чем ее питать? Тут то на помощь и приходят изолированные преобразователи питания.
По схемотехнике чаще всего это маленький импульсный блок питания, у которого внутри постоянка превращается в переменку, прогоняется через маленький трансформатор и снова выпрямляется. Все это залито в единый блок. Поскольку мне чаще всего на горячей стороне приходится питать какую-нибудь АЦПшку или блок связи, то большая мощность не нужна, а значит сам преобразователь ставится маленький и дешевый. Ну, относительно дешевый 🙂
Я обычно использую три типа преобразователей в своей практике и держу их в запасе.
MeanWell NSD15-12S5 
Это преобразователь 12 в 5 вольт. Но у MeanWell есть и другие номиналы похожего питальника. Ток у него до 3А. Я про него писал уже как то раз отдельную статью, несколько лет назад. Отличная штука. Надежная, дубовая. Работает как часы. Громоздкая только немного.
Aimtec AM1D-Z
Для меньшей мощности применяю блок от Aimtec AM1D-Z. Линейка преобразователей у Аймтека довольно большая, я обычно использую и держу в наличии всегда AM1D-0505SZ. Он принимает на входе 5 вольт и отдает 5 вольт, но уже гальванически отвязанные. И ток около 200мА, чего достаточно, чтобы запитать интерфейсные микросхемы, да микроконтроллер какой. КПД порядка 80%
По ссылке на картинке находится даташитик, точнее перечень вариантов этого преобрзователя. Там страницы две мелким шрифтом 🙂 
Габариты у него совсем небольшие. А цена около 150-200р, не текущий момент. 
TRACO серии TEN 8
А для прецизионных вещей использую штуку от TRACO серии TEN 8. В наши изделия идет TEN 8-1222 с двуполярным выходом на +/-12 вольт. То что надо, чтобы запитать аналоговые устройства на ОУ 🙂 Отличается крайне стабильным выходным напряжением, мало зависящим от внешних условий, температуры, колебаний на входе, помех и чего бы то ни было. Отличная штука, но дорогая 🙁 Порядка 2500р штука, в ценах на 21-й год. 
B0505S-1W
Еще использую B0505S-1W и его аналоги. Дешевое барахло для не ответственных применений, когда достаточно шумного трэшпитания, для запитки какой-нибудь некритичной нагрузки, вроде фонарей оптопар на горячей стороне. Напряжение у него заметно плавает и выходное сильно зависит от входного, большие пульсации, защиты от КЗ нет совсем (сгорает моментально). А напряжение на пробой всего киловольт. Но зачастую этого более чем достаточно. А при цене в 50 с копейками рублей на алиэкспрессе — это прям праздник.
Устроен он до смешного просто, я как то его разломал из любопытства. Там простейший генератор на паре транзисторов, тороидальный трансформатор и выпрямитель на выходе из двух диодов. Никакой сложной логики, никаких защит, никаких фильтров. Зато дешева!
Когда напряжение слишком высоко
Есть еще такая экзотика как фотовольтаические преобразователи. Они преобразуют энергию лазерного луча в электричество и позволяют передать до полуватта мощности по оптоволокну. Таким образом, например, можно запитать что-то на линии ЛЭП не боясь, что с этой ЛЭП нам прилетит несколько сот киловольт по проводу. Такие штуки делает, например, Broadcom серия AFBR. Типичный представитель таких приемников это, какой-нибудь, AFBR-POC204L
Похож на светодиод, с байонетом для подключения обычного многомодового оптоволокна. Имеет вот такую вот ВАХ. 
Рабочий участок — правая сторона.
И стоит 700 баксов штука :)))) И это только за приемник. А что вы хотели, серьезная промышленная техника 🙂
Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!
А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.
18 thoughts on “Гальваническое разделение. Часть 1”
Из других банков комиссия большая. Может номер телефона указать для системы быстрых платежей, там без комиссии практически. В приложении от Сбера поставить согласие на прием быстрых платежей
8-904-302-71-37 Получатель тот же. Ольга Л.
Источник