Artikelserien består af tre dele:

Interferens i kredsløb.

Under normal drift af en elektronisk enhed kan der forekomme interferens i kredsløbet.

Interferens kan ikke kun forstyrre den normale drift af enheden, men også føre til dens fuldstændige fejl.

Ris. 1. Interferens i det nyttige signal.

Du kan se interferensen på oscilloskopskærmen ved at inkludere den i den del af kredsløbet, der undersøges (fig. 1). Varigheden af ​​interferens kan enten være meget kort (nogle få nanosekunder, såkaldte "nåle") eller meget lang (adskillige sekunder). Interferensens form og polaritet varierer også.
Udbredelsen (passagen) af interferens sker ikke kun langs kredsløbets ledningsforbindelser, men nogle gange endda mellem dele af kredsløbet, der ikke er forbundet med ledninger. Derudover kan interferens overlappe og lægge op til hinanden. En enkelt svag interferens kan således ikke forårsage en funktionsfejl i enhedskredsløbet, men den samtidige akkumulering af flere svage tilfældige interferenser fører til forkert drift af enheden. Denne kendsgerning gør søgningen og elimineringen af ​​interferens mange gange vanskeligere, da den får en endnu mere tilfældig karakter.

Kilder til interferens kan groft opdeles:

• Ekstern kilde til interferens. En stærk elektromagnetisk eller elektrostatisk feltkilde i nærheden af ​​enheden kan forårsage, at den elektroniske enhed ikke fungerer korrekt. For eksempel en lynudladning, relæskift af høje strømme eller elektrisk svejsning.
• Intern kilde til interferens. For eksempel, når du tænder/slukker en reaktiv belastning (en elektrisk motor eller en elektromagnet) i en enhed, kan resten af ​​kredsløbet fungere forkert. En forkert programalgoritme kan også være en kilde til intern interferens.

For at beskytte mod ekstern interferens placeres strukturen eller dens enkelte dele i et metal- eller elektromagnetisk skjold, og der anvendes også kredsløbsløsninger med mindre følsomhed over for ekstern interferens. Brugen af ​​filtre, optimering af driftsalgoritmen, ændringer i konstruktionen af ​​hele kredsløbet og placeringen af ​​dets dele i forhold til hinanden hjælper mod intern interferens.
Det, der betragtes som meget elegant, er ikke den vilkårlige undertrykkelse af al interferens, men den bevidste retning af dem til de steder i kredsløbet, hvor de vil forsvinde uden at forårsage skade. I nogle tilfælde er denne vej meget enklere, mere kompakt og billigere.

At vurdere sandsynligheden for interferens i kredsløb og måder at forhindre dem på er ikke en simpel opgave, der kræver teoretisk viden og praktisk erfaring. Men ikke desto mindre kan vi bestemt sige, at sandsynligheden for interferens øges:

• med en stigning i koblet strøm eller spænding i kredsløbet,
• med stigende følsomhed af dele af kredsløbet,
• med en stigning i ydeevnen af ​​de brugte dele.

For ikke at gentage det færdige design på grund af hyppige fejl, er det bedre at blive bekendt med de mulige kilder og stier til interferens på kredsløbsdesignstadiet. Da omkring halvdelen af ​​alle manifestationer af interferens er forbundet med "dårlig" strømforsyning, er det bedst at begynde at designe en enhed ved at vælge en metode til at forsyne dens dele.

Interferens i strømforsyningskredsløb.

Figur 2 viser et typisk blokdiagram over en elektronisk enhed, som består af en strømkilde, styrekredsløb, driver og aktuator.
De fleste af de enkleste robotter fra serien på dette websted er bygget i henhold til denne ordning.

Ris. 2. Fælles strømforsyning af styre- og strømdelene.

I sådanne kredsløb kan vi betinget skelne mellem to dele: kontrol og magt. Styredelen forbruger relativt lidt strøm og indeholder eventuelle kontrol- eller computerkredsløb. Strømsektionen bruger væsentligt mere strøm og inkluderer en forstærker og termineringsbelastning.
Lad os se på hver del af kredsløbet mere detaljeret.

Ris. 2 a.

Strømforsyning(Fig. 2 a.) kan være "batterier" eller en nettransformator strømforsyning. Strømforsyningen kan også omfatte en spændingsstabilisator og et lille filter.

Ris. 2 b.

Styrekredsløb- dette er en del af kredsløbet (fig. 2 b.), hvor enhver information behandles i overensstemmelse med algoritmens funktion. Signaler fra eksterne kilder, for eksempel fra nogle sensorer, kan også komme her. Selve styrekredsløbet kan samles ved hjælp af mikrocontrollere eller andre mikrokredsløb, eller ved hjælp af diskrete elementer.

Kommunikationslinjer de forbinder simpelthen styrekredsløbet til den driver-udøvende enhed, det vil sige, disse er blot ledninger eller spor på et printkort.

Ris. 2. århundrede

Aktuator(Fig. 2 c.) er ofte en mekanisme, der omdanner et elektrisk signal til mekanisk arbejde, såsom en elektrisk motor eller elektromagnet. Det vil sige, at aktuatoren omdanner elektrisk strøm til en anden form for energi og forbruger normalt en relativt stor strøm.

Ris. 2 år

Da signalet fra styrekredsløbet er meget svagt, så driver eller forstærker(Fig. 2 d) er en integreret del af mange ordninger. Driveren kan for eksempel laves ved kun at bruge en transistor eller en speciel chip, afhængigt af typen af ​​aktuator.


Som regel er hovedkilden til stærk interferens aktuatoren. Interferensen, der opstår her, efter at have passeret gennem føreren, spreder sig videre langs strømbussen (interferensen i fig. 2 er vist skematisk med en orange pil). Og da styrekredsløbet får strøm fra den samme strømkilde, er der stor sandsynlighed for, at denne interferens også vil påvirke den. Det vil sige, at for eksempel en interferens, der opstår i motoren, vil passere gennem driveren og kan føre til en fejl i styrekredsløbet.
I simple kredsløb er det nok at placere en stor kondensator på omkring 1000 μF og en keramisk 0,1 μF kondensator parallelt med strømkilden. De vil fungere som et simpelt filter. I kredsløb med forbrugsstrømme på omkring 1 ampere eller mere, for at beskytte mod stærk interferens af komplekse former, skal du installere et omfangsrigt, komplekst filter, men det hjælper ikke altid.
I mange kredsløb er den nemmeste måde at slippe af med virkningerne af interferens ved at bruge separate strømforsyninger til kredsløbets styre- og strømdele, det vil sige brugen af ​​den såkaldte separat strømforsyning.
Selvom separat strømforsyning ikke kun bruges til at bekæmpe interferens.

Separate måltider.

I fig. Figur 3 viser et blokdiagram af en bestemt enhed. Dette kredsløb bruger to strømforsyninger. Strømdelen af ​​kredsløbet får strøm fra strømforsyning 1, og styrekredsløbet er fra strømforsyning 2. Begge strømkilder er forbundet med en af ​​polerne; denne ledning er fælles for hele kredsløbet, og signaler transmitteres i forhold til det langs kommunikationslinjen.

Ris. 3. Separat strømforsyning til styre- og strømdelene.

Ved første øjekast ser et sådant kredsløb med to strømforsyninger besværligt og komplekst ud. Faktisk bruges sådanne separate strømforsyningskredsløb for eksempel i 95% af alt husholdningsudstyr. Separate strømforsyninger der er bare forskellige viklinger af transformere med forskellige spændinger og strømme. Dette er en anden fordel ved separate strømforsyningskredsløb: flere enheder med forskellige forsyningsspændinger kan bruges i en enhed. Brug for eksempel 5 volt til controlleren og 10-15 volt til motoren.
Hvis du ser nærmere på diagrammet i fig. 3, ses det, at interferens fra strømdelen ikke har mulighed for at komme ind i styredelen via elledningen. Følgelig forsvinder behovet for at undertrykke eller filtrere det fuldstændigt.

Ris. 4. Separat strømforsyning med stabilisator.

I mobile strukturer, for eksempel mobile robotter, er det på grund af deres størrelse ikke altid praktisk at bruge to batteripakker. Derfor kan separat strømforsyning bygges ved hjælp af én batteripakke. Styrekredsløbet får strøm fra hovedstrømkilden gennem en stabilisator med et laveffektfilter, fig. 4. I dette kredsløb skal du tage højde for spændingsfaldet over stabilisatoren af ​​den valgte type. Typisk bruges en batteripakke med en højere spænding end den spænding, der kræves til styrekredsløbet. I dette tilfælde bibeholdes kredsløbets funktionalitet, selv når batterierne er delvist afladet.

Ris. 5. L293 med separat strømforsyning.

Mange driverchips er specielt designet til brug i kredsløb med separat strømforsyning. For eksempel den velkendte L293 driver chip ( Ris. 5) har en konklusion Vss- til at forsyne styrekredsløbet (Logic Supply Voltage) og output Vs- for at forsyne de sidste trin af strømdriveren (forsyningsspænding eller udgangsforsyningsspænding).
I alle robotdesigner med en mikrocontroller eller en logisk chip fra serien kan L293 tændes med et separat strømforsyningskredsløb. I dette tilfælde kan strømforsyningsspændingen (spænding for motorerne) være i området fra 4,5 til 36 volt, og spændingen på Vss kan leveres på samme måde som til at forsyne mikrocontrolleren eller logikchippen (normalt 5 volt).

Hvis strømforsyningen til styredelen (mikrocontroller eller logikchip) sker gennem en stabilisator, og strømforsyningen til strømdelen tages direkte fra batteripakken, så kan dette spare energitab betydeligt. Da stabilisatoren kun vil drive kontrolkredsløbet, og ikke hele strukturen. Det her - En anden fordel ved separat strømforsyning: energibesparelse.

Hvis du ser igen på diagrammet i figur 3, vil du bemærke, at ud over den fælles ledning (GND) er strømsektionen også forbundet med styrekredsløbet med kommunikationslinjer. I nogle tilfælde kan disse ledninger også føre interferens fra strømdelen ind i styrekredsløbet. Derudover er disse kommunikationslinjer ofte meget modtagelige for elektromagnetiske påvirkninger ("støj"). Du kan slippe af med disse skadelige fænomener én gang for alle ved at bruge den såkaldte galvanisk isolering.
Selvom galvanisk isolering også bruges ikke kun til at bekæmpe interferens.

Galvanisk isolering.

Ved første øjekast kan denne definition virke utrolig!
Hvordan kan et signal transmitteres uden elektrisk kontakt?
Faktisk er der endda to måder, der tillader dette.

Ris. 6.

Optisk signaltransmissionsmetode baseret på fænomenet lysfølsomhed af halvledere. Til dette bruges et par LED og en lysfølsom enhed (fototransistor, fotodiode), Fig. 6.

Ris. 7.

LED-fotodetektorparret er placeret isoleret i et hus overfor hinanden. Det er, hvad denne detalje kaldes. optokobler(udenlandsk navn optokopler), Fig. 7.
Hvis der føres strøm gennem optokoblerens LED, ændres modstanden af ​​den indbyggede fotodetektor. Sådan opstår kontaktløs signaltransmission, da LED'en er fuldstændig isoleret fra fotodetektoren.
Hver signaltransmissionslinje kræver en separat optokobler. Frekvensen af ​​det optisk transmitterede signal kan variere fra nul til flere tiere til hundredvis af kilohertz.

Ris. 8.

Induktiv signaltransmissionsmetode er baseret på fænomenet elektromagnetisk induktion i en transformer. Når strømmen ændres i en af ​​transformatorens viklinger, ændres strømmen i dens anden vikling. Således transmitteres signalet fra den første vikling til den anden (fig. 8). Denne forbindelse mellem viklingerne kaldes også transformer, og en transformer til galvanisk isolering kaldes nogle gange isolationstransformator.

Ris. 9.

Strukturelt er transformatorer sædvanligvis lavet på en ringferritkerne, og viklingerne indeholder flere snesevis af ledninger (fig. 9). På trods af den tilsyneladende kompleksitet af en sådan transformer kan du lave den selv på få minutter. Der sælges også færdige små transformere til galvanisk isolering.
Hver signaltransmissionslinje kræver en separat sådan transformer. Frekvensen af ​​det transmitterede signal kan variere fra flere titusinder af hertz til hundredtusindvis af megahertz.

Afhængigt af typen af ​​signal, der transmitteres, og kredsløbskravene, kan du vælge enten transformer eller optisk galvanisk isolering. I kredsløb med galvanisk isolation er der ofte installeret specielle omformere på begge sider for at koordinere (forbindelse, interface) med resten af ​​kredsløbet.

Lad os nu overveje blokdiagrammet ved hjælp af galvanisk isolation mellem kontrol- og strømdelene i figur 10.

Ris. 10. Separat strømforsyning og galvanisk isolering af kommunikationskanalen.

Af dette diagram kan det ses, at enhver interferens fra strømdelen ikke har nogen mulighed for at trænge ind i kontroldelen, da der ikke er nogen elektrisk kontakt mellem kredsløbets dele.
Fraværet af elektrisk kontakt mellem dele af kredsløbet i tilfælde af galvanisk isolation giver dig mulighed for sikkert at styre aktuatorer med højspændingseffekt. Eksempelvis kan et kontrolpanel drevet af få volt være galvanisk isoleret fra en fasenetværksspænding på flere hundrede volt, hvilket øger sikkerheden for driftspersonalet. Dette er en vigtig fordel ved galvaniske isolationskredsløb.

Styrekredsløb med galvanisk isolation kan næsten altid findes i kritiske enheder såvel som i pulserende strømforsyninger. Især hvor der er selv den mindste risiko for forstyrrelser. Men selv i amatørenheder bruges galvanisk isolering. Da en lille komplikation af kredsløbet ved galvanisk isolering bringer fuldstændig tillid til enhedens uafbrudte drift.

International Rectifier, en designer og producent af kraftelektronik siden 1947, producerer et stort udvalg af opto-relæer til alle slags applikationer. De mest populære af dem kan opdeles i følgende grupper:

• Hurtigt skuespil (PVA, PVD, PVR);

• Generelle formål (PVT);

• Lavspænding medium effekt (PVG, PVN);

• Kraftig højspænding (PVX).

PVA33: hurtigvirkende relæ
til signalomskiftning

AC Relæ serie PVA33— enkelt pol, normalt åben. Designet til generelle analoge signalskifteformål.

Funktionsprincippet for enheden er som følger (fig. 1). Spændingen påført relæindgangen får strøm til at flyde gennem galliumarsenid LED (GaAlAs), hvilket resulterer i en intens glød af sidstnævnte. Lysstrømmen rammer en integreret fotovoltaisk generator (IGG), som skaber en potentialforskel mellem porten og udgangskontaktens kilde og derved overfører sidstnævnte til en ledende tilstand. Power MOSFET-transistorer (HEXFET - patenteret IR-teknologi) bruges som strømudgangskontakter. På denne måde opnås fuldstændig galvanisk isolation af indgangskredsløbene fra udgangskredsløbene.

Ris. 1.

Fordelene ved en sådan løsning sammenlignet med konventionelle elektromekaniske og reed-relæer er en betydelig stigning i levetid og hastighed, reduktion i effekttab og minimering af størrelse. Disse fordele forbedrer kvaliteten af ​​produkter udviklet til en række applikationer, såsom signalmultipleksing, automatiseret testudstyr, dataindsamlingssystemer og andre.

Spændingsniveauet, som relæerne i denne serie er i stand til at skifte, ligger i området fra 0 til 300 V (amplitudeværdi) af både vekselstrøm og jævnstrøm. I dette tilfælde bestemmes minimumsniveauet (ved konstant strøm) af modstanden af ​​kanalen på udgangstransistorerne, som i gennemsnit er omkring 1 ohm (maksimalt op til 20 ohm).

Enhedens dynamiske egenskaber bestemmes af tænd-sluk-tiden, som er omkring 100 μs. Således kan den garanterede relæskiftefrekvens nå 500 Hz eller mere.

Den maksimale frekvens af det switchede signal afhænger hovedsageligt af frekvensegenskaberne for de anvendte transistorer, og for MOS-omskiftere når hundredvis af kilohertz. Relæerne leveres i 8-bens DIP-pakker og fås i to versioner: gennemgående hul og overflademontering.

PVT312: telekommunikationsrelæ
generelle formål

Fotoelektrisk relæ PVT312, enkeltpolet, normalt åben, kan bruges på både jævn- og vekselstrøm.

Dette solid state-relæ er specielt designet til brug i telekommunikationssystemer. Relæ serie PVT312L(med suffikset "L") bruger aktive strømbegrænsende kredsløb, som gør det muligt for dem at modstå forbigående strømstød. PVT312 fås i en 6-bens DIP-pakke.

Anvendelser: telekommunikationsnøgler, triggere, generelle koblingskredsløb.

Tilslutningsdiagrammer kan være af tre typer (fig. 2). I det første tilfælde er to chipnøgler forbundet i serie. På grund af symmetrien tillader dette det resulterende kredsløb at skifte vekselspænding. Denne type kredsløb kaldes en type "A" forbindelse. Type "B" adskiller sig ved, at kun én af de to chipnøgler bruges. Dette giver dig mulighed for at skifte en større, men kun jævnstrøm. I den tredje mulighed (type "C") er tasterne forbundet parallelt, hvorved den maksimalt mulige strømværdi øges.

Ris. 2.

PVG612: lavspændings mellemspændingsrelæ
strøm til AC

Fotoelektrisk relæ-serie PVG612 - unipolære, normalt åbne solid state relæer. De kompakte enheder i PVG612-serien bruges til isoleret omskiftning af strømme op til 1 A med spændinger fra 12 til 48 V AC eller DC.

Relæer af denne type er interessante ved, at de er i stand til at skifte relativt store (til denne type enhed) vekselstrømme, mens de opretholder den driftshastighed, der er iboende i løsninger baseret på MOS-transistorer.

PVDZ172N: lavspændingsmedium
strøm til DC

Relæer i denne serie (fig. 3), i modsætning til dem, der er beskrevet ovenfor, er designet til kun at skifte strømme med konstant polaritet med en effekt på op til 1,5 A og en spænding på op til 60 V. For eksempel bruges disse relæer til at styre belysningsapparater, motorer, varmeelementer osv. .d.

Ris. 3.

PVDZ172N Fås i normalt åbent, enkeltpolet design i 8-bens DIP-pakker.

Andre mulige anvendelser: lydudstyr, strømforsyninger, computere og perifere enheder.

PVX6012: til tunge belastninger

Til store lavfrekvente belastninger tilbyder IR fotoelektrisk relæ PVX6012(Fig. 4) (enkeltpolet, normalt åben). Enheden bruger en udgangskontakt baseret på en isoleret gate bipolær transistor (IGBT), som gør det muligt at opnå et lavt spændingsfald i tændt tilstand og strømme med lavt tab i lukket tilstand ved en ret høj driftshastighed (7 ms på / 1 ms fra).

Ris. 4.

PVX6012 fås i en 14-bens DIP-pakke, som interessant nok kun bruger fire ben - denne løsning giver mulighed for bedre afkøling af enheden.

Hovedanvendelser omfatter: testudstyr; industriel kontrol og automatisering; udskiftning af elektromekaniske relæer; udskiftning af kviksølvrelæer.

PVI: fotoisolator til ekstern
taster med høj effekt

Enheder i denne serie er ikke relæer i ordets rette betydning. Det vil sige, at de ikke er i stand til at pendle store energistrømme ved hjælp af små. De giver kun galvanisk isolering af input fra output, deraf deres navn - fotoelektrisk isolator (fig. 5).

Ris. 5.

Hvorfor er sådan en "undertillid" nødvendig? Faktum er, at enhederne i PVI-serien ved modtagelse af et indgangssignal producerer en elektrisk isoleret jævnspænding, som er tilstrækkelig til direkte at styre portene til højeffekt MOSFET'er og IGBT'er. Faktisk er dette et opto-relæ, men uden en udgangskontakt, som udvikleren kan bruge en separat transistor til dens effekt.

PVI'er er ideelle til applikationer, der kræver højstrøms- og/eller højspændingskobling med optisk isolering mellem styrekredsløb og højeffektbelastningskredsløb.

Hertil kommer seriens isolator PVI1050N indeholder to samtidigt styrede udgange, hvilket gør det muligt at forbinde dem i serie eller parallelt for at give en højere styrestrøm (MOC) eller en højere styrespænding (IGT). Således kan man faktisk få et udgangssignal på 10 V/5 μA ved seriekobling og 5 V/10 μA ved parallelkobling.

De to udgange på PVI1050N kan bruges hver for sig, forudsat at potentialforskellen mellem udgangene ikke overstiger 1200 VDC.Input-output isolationen er 2500 VDC.

Enheder i denne serie produceres i 8-bens DIP-pakker og bruges til at organisere styringen af ​​kraftige belastninger, spændingsomformere osv.

PVR13: dobbelt hurtigvirkende relæ

Hovedtræk ved denne serie er tilstedeværelsen af ​​to uafhængige relæer i et hus (fig. 6), som hver kan tilsluttes som type "A", "B" eller "C" (for en forklaring af typerne, se ovenfor i beskrivelsen af ​​PVT312). Maksimal koblingsspænding 100 V (DC/AC), strøm 300 mA. Ellers er dette relæ tæt på PVA33 i omfang og karakteristika og er også beregnet til at skifte analoge signaler med mellemfrekvens (op til hundredvis af kilohertz).

Ris. 6.

Fås i 16-bens DIP-pakker med stifter til montering gennem hul.

De vigtigste egenskaber ved IR optoelektroniske relæer er præsenteret i tabel 1.

Tabel 1. Parametre for IR optoelektroniske relæer

Egenskaber	PVA33	PVT312	PVG612N	PVDZ172N	PVX6012
Indgangsegenskaber
Minimum styrestrøm, mA	1…2	2	10	10	5
Maks. styrestrøm for at være i lukket tilstand, mA	0,01	0,4	0,4	0,4	0,4
Styrestrømområde (strømbegrænsning påkrævet!), mA	5…25	2…25	5…25	5…25	5…25
Maksimal omvendt spænding, V	6	6	6	6	6
Output egenskaber
Driftsspændingsområde, V	0…300	0…250	0…60	0…60 (konstant)	280 (AC)/400 (DC)
Maksimal kontinuerlig belastningsstrøm ved 40°C, A	0,15	-	-	1,5	1
En konn. (post eller variabel)	-	0,19	1	-	-
I forbindelse (hurtig.)	-	0,21	1,5	-	-
Med tilslutning (hurtig.)	-	0,32	2	-	-
Maksimal pulsstrøm, A	-	-	2,4	4	ikke en gentagelse. 5 A (1 sek.)
Modstand i åben tilstand, ikke mere, Ohm	24	-	-	0,25	-
En konn.	-	10	0,5	-	-
I forbindelse	-	5,5	0,25	-	-
Med tilslutning	-	3	0,15	-	-
Modstand i lukket tilstand, ikke mindre, MOhm	10000	-	100	100	-
Tænd tid, ikke mere. Frk	0,1	3	2	2	7
Nedlukningstid, ikke mere, frk	0,11	0,5	0,5	0,5	1
Udgangskapacitans, ikke mere, pF	6	50	130	150	50
Spændingsstigningshastighed, ikke mindre, V/µs	1000	-	-	-	-
Andet
Elektrisk styrke af isolering "input-output", V (SCR)	4000	4000	4000	4000	3750
Isolationsmodstand, input-output, 90 V DC, ohm	1012	1012	1012	1012	1012
Input-output kapacitans, pF	1	1	1	1	1
Maksimal kontaktloddetemperatur, °C	260	260	260	260	260
Driftstemperatur, °C	-40…85	-40…85	-40…85	-40…85	-40…85
Opbevaringstemperatur, °C	-40…100	-40…100	-40…100	-40…100	-40…100

Anvendelse af optoelektroniske relæer IR

Kontrolsystemer. I ACS-grænseflader er et af de presserende problemer organiseringen af ​​kommunikationen mellem kontrol- og switchede kredsløb, hvilket sikrer pålidelig galvanisk isolation. Det vil sige, at det er nødvendigt at organisere transmissionen af ​​information (for eksempel et signal til en aktuator) uden elektrisk kontakt. Et af de første enheder af denne art var elektromekaniske relæer, hvor information blev transmitteret via et magnetfelt. Tilstedeværelsen af ​​mekaniske dele førte imidlertid til gnistkontakter og lav ydeevne af sådanne systemer.

Brugen af ​​signaltransmission gennem en lysflux (optoelektroniske relæer) i automatiserede kontrolsystemgrænseflader (fig. 7) sammenlignet med elektromekaniske kontakter giver højere pålidelighed, koblingshastighed, holdbarhed og bedre vægt- og størrelsesindikatorer; og fordelen i sammenligning med elektroniske afbrydere er fraværet af et fælles punkt og gensidig påvirkning af kredsløb under omskiftning.

Ris. 7.

Tilstedeværelsen af ​​galvanisk isolering i styresystemet er en af ​​de vigtige egenskaber ved kontakten, fordi giver dig mulighed for at oprette separate kontrolstrømme, hvilket igen gør det muligt at sikre elektrisk uafhængighed af informations- og ledelseszonerne i systemet. Optisk galvanisk isolering isolerer mikroelektronisk kontroludstyr fra højstrøms- og højspændingskredsløb af perifere udførelsesenheder, hvilket fører til øget støjimmunitet, levetid og reduceret pris på sådant udstyr.

Ris. 8.

En anden nødvendig funktion i måleudstyr er at skifte driftstilstande (måleområde, forstærkning, forbindelsestype osv.), som tidligere blev udført mekanisk. For at måle spænding forbindes eksempelvis et voltmeter til kredsløbet parallelt, mens måleudstyret skal seriekobles til kredsløbet for at måle strøm. I nogle instrumenter, for at implementere en sådan switch, var det nødvendigt at bruge en anden input, mekanisk omskiftning af målelinjen. Dette er ret ubelejligt, hvis den målte parameter ændres ofte, så brugen af ​​optoelektroniske relæer effektivt kan løse dette problem, hvilket væsentligt øger enhedens brugervenlighed.

På den anden side skyldes behovet for at bruge opto-relæer i dataindsamlingssystemer ofte den høje sandsynlighed for beskadigelse af måleudstyrets følsomme indgangskredsløb (analog-til-digital og frekvensomformere). En sådan uønsket effekt kan for eksempel opstå på grund af den lange længde af lederne fra den primære transducer til måleelementet, hvilket bidrager til induktion af elektrostatisk interferens. Derudover kan både transiente processer under tænding/slukning af udstyret og fejl i dets brug, f.eks. tilstedeværelsen af ​​et indgangssignal med stor amplitude under en strømafbrydelse, have en betydelig indflydelse.

Alle disse faktorer fører til behovet for at bruge galvanisk isolering. Et eksempel er PVT312L-seriens relæ med et indbygget aktivt bølgestrømsundertrykkelseskredsløb, som effektivt kan bruges i enheder forbundet med lange ledere eller opererer under vanskelige elektromagnetiske forhold (kablede miljøovervågningssystemer i virksomheder, industrielle måletransducere).

Telekommunikation. Brugen af ​​opto-relæer inden for kommunikation er også et lovende område. Der er flere unikke funktioner, der effektivt kan implementeres ved at bruge fordelene ved et opto-relæ. Dette inkluderer galvanisk isolering mellem modemmet og telefonlinjen for at forhindre skader forbundet med elektrostatiske (herunder lyn) udladninger; implementering af telefonudstyrs specifikke funktioner (puls- og toneopkald, forbindelse og fastlæggelse af linjestatus) osv.

Konklusion

I de senere år har der været en tendens til en konstant stigning i efterspørgslen efter optoelektroniske relæer fra IR. De vigtigste forbrugere af solid-state relæer er de industrielle giganter i vores land - instrumentfremstilling og transportvirksomheder, store statsselskaber Rostelecom, Rosatom, Russian Railways. Producenter værdsætter bekvemmeligheden og den høje tekniske ydeevne af IR-relæer til industrielle applikationer.

På den anden side vokser kravene til pålideligheden af ​​elektronisk udstyr fra militær- og rumfartsindustrien konstant. Problemstillingen er meget relevant, hvilket kræver specifikke tekniske løsninger, der vil reducere udstyrsfejl under drift. Ingen af ​​eksperterne tvivler på, at solid-state relæer kan øge pålideligheden af ​​specialudstyr.

For at skifte belastninger i AC-kredsløb er kredsløb, der anvender kraftige felteffekttransistorer, for nylig begyndt at blive brugt mere og mere. Denne klasse af enheder er repræsenteret af to grupper. Den første gruppe omfatter bipolære transistorer med en isoleret gate - IGBT. Den vestlige forkortelse er IGBT.

Den anden, mest talrige, omfatter traditionelle felteffekttransistorer (kanal). Denne gruppe omfatter også KP707 transistorer (se tabel 1), hvorpå belastningsafbryderen til et 220 volt netværk er samlet.

Primær vekselstrøm er en meget farlig ting i alle henseender. Derfor er der mange kredsløbsløsninger, der undgår at styre netværksbelastninger direkte. Tidligere blev isolationstransformatorer brugt til disse formål; nu er de blevet erstattet af en række optokoblere.

Transistorkontakt med optisk isolering

Ordningen, som allerede er blevet standard, er vist i figur 1.


Dette kredsløb giver mulighed for galvanisk isolering af styrekredsløbene og kredsløbet i det primære 220 volt netværk. En TLP521 optokobler bruges som afkoblingselement. Du kan bruge andre importerede eller indenlandske transistoroptokoblere. Ordningen er enkel og fungerer som følger. Når spændingen ved indgangsklemmerne er nul, lyser optokobler-LED'en ikke, optokoblertransistoren er lukket og omgår ikke porten til de kraftige koblingstransistorer. Ved deres porte er der således en åbningsspænding svarende til stabiliseringsspændingen af ​​zenerdioden VD1. I dette tilfælde er transistorerne åbne og fungerer på skift, afhængigt af polariteten af ​​spændingen på et givet tidspunkt. Antag, at der er et plus ved udgangsbenet på kredsløb 4 og et minus ved klemme 3. Derefter vil belastningsstrømmen flyde fra klemme 3 til klemme 5, gennem belastningen til klemme 6, derefter gennem den interne beskyttelsesdiode på transistoren VT2, gennem den åbne transistor VT1 til klemme 4. Når forsyningsspændingens polaritet ændres, vil belastningen strøm vil flyde gennem dioden på transistoren VT1 og den åbne transistor VT2. Kredsløbselementerne R3, R3, C1 og VD1 er intet andet end en transformerløs strømforsyning. Værdien af ​​modstand R1 svarer til indgangsspændingen på fem volt og kan ændres om nødvendigt.

Hele kredsløbet er lavet i form af en funktionelt komplet blok. Kredsløbselementerne er monteret på et lille U-formet printkort, vist i figur 2.


Selve pladen fastgøres med én skrue til en aluplade med mål på 56x43x6 mm, som er den primære køleplade. Kraftige transistorer VT1 og VT2 er også fastgjort til den gennem varmeledende pasta og glimmerisolerende afstandsstykker ved hjælp af skruer med bøsninger. Hjørnehullerne er justeret både i brættet og i pladen og tjener om nødvendigt til at fastgøre enheden til en anden kraftigere køleplade.

Det moderne liv er utænkeligt uden tv. I mange lejligheder kan du finde to og nogle gange tre tv-modtagere. Kabel-tv er især populært. Men hvad nu, hvis du skal tilslutte flere tv'er til ét antennekabel? Det er naturligt at bruge en "kinesisk" dobbelt eller endda t-shirt.

For eksempel som denne:

Jeg installerede netop sådan en dobbelt splitter på to tv for at modtage kabel-tv-kanaler. Modtagelseskvaliteten lod dog meget tilbage at ønske; hvis kanalerne i det første meterområde blev vist acceptabelt, blev kanalerne i det andet og UHF-område modtaget med kraftig signaldæmpning. Efter at have adskilt splitteren fandt jeg i den en lille dobbelt ferritring og flere vindinger med enkelt-kernetråd:

Enheden er en højfrekvent transformer med modfasevikling. Og i teorien burde det udelukke den gensidige påvirkning af inputkredsløbene til modtagelse af RF-signalet, men faktisk svækkede det det kun, tilsyneladende på grund af det faktum, at der var en galvanisk forbindelse

Jeg besluttede at erstatte transformatoren med almindelige keramiske kondensatorer (røde flag) med en nominel værdi på flere picofarads og derved eliminere denne galvaniske forbindelse:

Min overraskelse kendte ingen grænser; begge tv blev vist, som om kun det ene virkede, dvs. ikke den mindste antydning af gensidig påvirkning og fremragende modtagelse på alle bands.

Beholderne passer ind i splitterhuset:

Det eneste, jeg bebrejder mig selv, er, hvorfor denne idé ikke kom til mig tidligere.

Introduktion

Galvanisk isolation (isolation), almindeligvis blot omtalt som afkobling, er en metode, hvorved individuelle dele af et elektrisk system kan have forskellige jordpotentialer. De to mest almindelige årsager til at skabe afkobling er for sikkerheden mod fejl i produkter af industrikvalitet, og hvor der kræves kablet kommunikation mellem enheder, som hver har sin egen strømforsyning.

Effektafkoblingsmetoder

Transformere

Den mest almindelige form for afkobling er brugen af ​​en transformer. Ved design af et effektstabiliseringskredsløb, hvor afkobling er påkrævet, er den isolerende del af designet forbundet med behovet for at øge/sænke spændingsniveauet og betragtes ikke som en separat del af systemet. I tilfælde af at det er nødvendigt at isolere hele det elektriske system (f.eks. kræver mange testudstyr til biler, at strømforsyninger er isoleret fra AC-nettet), kan en 1:1 transformer installeres i serie med systemet for at give den nødvendige isolation.

Figur 1 - Sortiment af SMD-transformere

Kondensatorer

En mindre almindelig metode til at skabe afkobling er at bruge kondensatorer i serie. På grund af AC-signalers evne til at strømme gennem kondensatorer, kan denne metode være en effektiv måde at isolere dele af et elektrisk system fra AC-nettet. Denne metode er mindre pålidelig end transformatormetoden, fordi hvis der opstår en fejl, bryder transformeren kredsløbet og kortslutter kondensatoren. Et af formålene med at skabe galvanisk isolation fra AC-nettet er at sikre, at brugeren i tilfælde af fejl er sikker fra en fungerende ubegrænset strømkilde.

Figur 2 - Eksempel på brug af kondensatorer til at skabe afkobling

Signalisoleringsmetoder

Opto-isolatorer

Når et signal skal passere mellem to dele af et kredsløb ved forskellige jordpotentialer, er en populær løsning en opto-isolator (optokobler). Opto-isolatoren er en fototransistor, der åbner ("tænder"), når den interne LED er tændt. Lyset, der udsendes af den interne LED, er signalvejen, og isolationen mellem jordpotentialer er således ikke brudt.

Figur 3 - Diagram af en typisk opto-isolator

Hall sensor

En anden metode til at overføre information mellem elektriske systemer med separate jordpotentialer er brugen af ​​en sensor baseret på Hall-effekten. Hall-sensoren detekterer induktion ikke-invasivt og kræver ikke direkte kontakt med signalet af interesse og overtræder ikke den isolerende barriere. Den mest almindelige anvendelse af at sende induktiv information gennem kredsløb ved forskellige jordpotentialer er i strømsensorer.

Figur 4 - Strømsensor brugt til at måle strøm gennem en leder

Konklusion

Galvanisk isolation (isolation) er adskillelse af elektriske systemer/delsystemer, der muligvis ikke fører jævnstrøm og kan have forskellige jordpotentialer. Isolation kan opdeles i hovedkategorier: effekt og signal. Der er flere måder at opnå afkobling på, og afhængigt af projektets krav kan nogle metoder være at foretrække frem for andre.

Casestudie

Figur 5 - PoE (Power over Ethernet) projektdiagram baseret på TPS23753PW controlleren

I diagrammet ovenfor bruges flere transformere og en opto-isolator til at skabe en switching power supply, som bruges i Ethernet PD (Powered Device) enheder. Stik J2 har interne magneter, der isolerer hele systemet fra PoE-kilden. T1 og U2 isolerer strømforsyningen (til venstre for den røde linje) fra den regulerede 3,3V udgang (til højre for den røde linje).