برای تغییر بار در مدارهای جریان متناوب، مدارها با استفاده از قدرتمند ترانزیستورهای اثر میدانی. این دسته از دستگاه ها توسط دو گروه نمایش داده می شوند. گروه اول شامل ترانزیستورهای دوقطبی با دروازه عایق - IGBT است. مخفف غربی IGBT است.

دومین، پرتعدادترین، شامل ترانزیستورهای سنتی (کانالی) اثر میدانی است. این گروه همچنین شامل ترانزیستورهای KP707 است (جدول 1 را ببینید) که سوئیچ بار برای یک شبکه 220 ولتی روی آنها مونتاژ شده است.

برق AC اولیه از همه جهات بسیار خطرناک است. بنابراین، راه حل های مدار زیادی وجود دارد که از مدیریت مستقیم بارهای شبکه جلوگیری می کند. قبلاً از ترانسفورماتورهای ایزوله برای این منظور استفاده می شد.

سوئیچ ترانزیستوری با عایق نوری

این طرح، که قبلاً استاندارد شده است، در شکل 1 نشان داده شده است.


این طرحامکان جداسازی گالوانیکی مدارهای کنترل و مدار شبکه اولیه 220 ولت را فراهم می کند. یک اپتوکوپلر TLP521 به عنوان یک عنصر جداکننده استفاده می شود. می توانید از سایر اپتوکوپلرهای ترانزیستوری وارداتی یا داخلی استفاده کنید. این طرح ساده است و به شرح زیر عمل می کند. هنگامی که ولتاژ در پایانه های ورودی صفر است، LED اپتوکوپلر روشن نمی شود، ترانزیستور اپتوکوپلر بسته است و دروازه ترانزیستورهای سوئیچینگ قدرتمند را دور نمی زند. بنابراین، در دروازه آنها یک ولتاژ باز برابر با ولتاژ تثبیت دیود زنر VD1 وجود دارد. در این حالت، ترانزیستورها باز هستند و بسته به قطبیت ولتاژ در به نوبه خود عمل می کنند. این لحظهزمان. فرض کنید یک مثبت در پایه خروجی مدار 4 و یک منفی در ترمینال 3 وجود دارد. سپس جریان بار از ترمینال 3 به ترمینال 5، از طریق بار به ترمینال 6، سپس از طریق دیود محافظ داخلی ترانزیستور VT2، از طریق ترانزیستور باز VT1 به ترمینال 4 می گذرد. ​​هنگامی که قطبیت ولتاژ تغذیه تغییر می کند، بار جریان از طریق دیود ترانزیستور VT1 و ترانزیستور باز VT2 جریان می یابد. عناصر مدار R3، R3، C1 و VD1 چیزی بیش از یک منبع تغذیه بدون ترانسفورماتور نیستند. مقدار مقاومت R1 مربوط به ولتاژ ورودی پنج ولت است و در صورت لزوم قابل تغییر است.

کل مدار به شکل یک بلوک کامل از نظر عملکرد ساخته شده است. عناصر مدار بر روی یک برد مدار چاپی کوچک U شکل، که در شکل 2 نشان داده شده است، نصب می شوند.


خود برد با یک پیچ به یک صفحه آلومینیومی به ابعاد 56x43x6 میلی متر که هیت سینک اولیه است وصل می شود. را ترانزیستورهای قدرتمند VT1 و VT2. سوراخ های گوشه هم در صفحه و هم در صفحه تراز شده اند و در صورت لزوم برای اتصال دستگاه به یک هیت سینک قوی تر استفاده می شوند.

این مقاله در درجه اول بر روی جداسازی نوری سیگنال آنالوگ تمرکز خواهد کرد. در نظر گرفته خواهد شد یک گزینه بودجه. همچنین توجه اصلی به سرعت حل مدار می شود.

روش های جداسازی سیگنال آنالوگ

یک بررسی کوتاه سه روش اصلی برای جداسازی گالوانیکی سیگنال آنالوگ وجود دارد: ترانسفورماتور، نوری و خازن. دو مورد اول بیشترین کاربرد را پیدا کرده اند. امروزه یک کلاس کامل از دستگاه ها به نام تقویت کننده های ایزوله یا تقویت کننده های ایزوله (Isolated Amplifier) ​​وجود دارد. چنین وسایلی یک سیگنال را از طریق تبدیل آن منتقل می کنند (مدار شامل یک مدولاتور و یک دمودولاتور سیگنال است).

عکس. 1. مدار کلی تقویت کننده های ایزوله.

دستگاه هایی هم برای انتقال سیگنال ولتاژ آنالوگ (ADUM3190، ACPL-C87) و هم دستگاه های تخصصی برای اتصال مستقیم به یک شنت جریان (SI8920، ACPL-C79، AMC1200) وجود دارد. در این مقاله ما در نظر نخواهیم گرفت دستگاه های گران قیمتبا این حال، ما برخی از آنها را فهرست می کنیم: iso100، iso124، ad202..ad215، و غیره.

همچنین کلاس دیگری از دستگاه ها وجود دارد - تقویت کننده های نوری با بازخورد خطی (Linear Optocoupler) این دستگاه ها شامل il300، loc110، hcnr201 است. با نگاهی به نمودار اتصال معمولی این دستگاه ها، به راحتی می توان به اصل کارکرد آنها پی برد.

شکل 2. مدار معمولی برای جداسازی تقویت کننده های نوری.

می‌توانید در مورد تقویت‌کننده‌های ایزوله اطلاعات بیشتری بخوانید: A. J. Peyton, W. Walsh "Analog Electronics on Op-amps" (فصل 2)، سند AN614 "A Simple Alternative to Analog Isolation Amplifiers" از آزمایشگاه‌های سیلیکون نیز مفید خواهد بود. جدول مقایسه خوبی وجود دارد. هر دو منبع در اینترنت در دسترس هستند.

میکرو مدارهای جداسازی سیگنال نوری ویژه

حالا سر اصل مطلب! ابتدا سه ریز مدار تخصصی il300، loc110، hcnr201 را با هم مقایسه می کنیم. مطابق با همان مدار متصل می شود:

شکل 3. مدار تست il300, hcnr201 و loc110.

تنها تفاوت در رتبه بندی برای il300، hcnr201 R1، R3=30k، R2=100R، و برای loc110 10k و 200R است (من برای دستیابی به حداکثر کارایی، رتبه های مختلفی را انتخاب کردم، اما از حد مجاز فراتر نرفتم، به عنوان مثال، در شرایط انتشار جریان دیود). در زیر اسیلوگرام هایی وجود دارد که برای خود صحبت می کنند (از این پس: آبی - سیگنال ورودی، زرد - سیگنال خروجی).

شکل 4. اسیلوگرام فرآیند گذرا il300.

شکل 5. شکل موج گذرا hcnr201.

شکل 6. شکل موج گذرامحل110.

حالا بیایید به ریز مدار ACPL-C87B (محدوده سیگنال ورودی 0..2 ولت) نگاه کنیم. صادقانه بگویم، من مدت زیادی را با او گذراندم. من دو ریز مدار در انبار داشتم، بعد از اینکه در مورد اول به نتیجه غیرمنتظره ای رسیدم، دومی را بسیار با احتیاط انجام دادم، به خصوص هنگام لحیم کاری. من همه چیز را طبق طرحی که در اسناد ذکر شده است مونتاژ کردم:

شکل 7. نمودار معمولی برایACPL— سی87 از مستندات.

نتیجه یکسان است. خازن های سرامیکی را مستقیماً نزدیک پایه های پاور لحیم کردم، آپ امپ را عوض کردم (البته روی مدارهای دیگر تست کردم)، مدار را دوباره مونتاژ کردم و غیره. نتیجه این است: سیگنال خروجی دارای نوسانات قابل توجهی است.

شکل 8. شکل موج گذراACPL— سی87.

با وجود این واقعیت که سازنده نویز سیگنال خروجی 0.013 mVrms و برای گزینه "B" دقت 0.5 ± را وعده داده است. موضوع چیه؟ ممکن است در مستندات خطایی وجود داشته باشد، زیرا 0.013 mVrms باور کردن سخت است. غیر واضح. اما اجازه دهید به ستون Test Conditions/Notes در مقابل Vout Noise و شکل 12 مستندات نگاه کنیم:

شکل 9. وابستگی سطح نویز به بزرگی سیگنال ورودی و فرکانس فیلتر خروجی.

در اینجا تصویر کمی واضح تر می شود. ظاهراً سازنده به ما می‌گوید که می‌توانیم این صداها را از طریق یک فیلتر پایین‌گذر سرکوب کنیم. خوب، ممنون از راهنمایی (طنز). چرا آنها همه اینها را به این شکل زیرکانه نشان دادند؟ به احتمال زیاد واضح است که چرا. در زیر نمودارهای بدون و با فیلتر RC خروجی (R=1k، C=10nF (τ=10µS)) آمده است.

شکل 10. شکل موج گذراACPL— سی87 بدون و با فیلتر خروجی.

استفاده از اپتوکوپلرهای عمومی برای جداسازی سیگنال

حالا بیایید به جالب ترین قسمت برویم. نمودارهایی که در اینترنت پیدا کردم در زیر آمده است.

شکل 11. طرح معمولی جداسازی نوری سیگنال آنالوگ با استفاده از دو اپتوکوپلر.

شکل 12. طرح معمولی جداسازی نوری سیگنال آنالوگ با استفاده از دو اپتوکوپلر.

شکل 13. طرح معمولی جداسازی نوری سیگنال آنالوگ با استفاده از دو اپتوکوپلر.

این راه حل هم مزایا و هم معایبی دارد. مزیت این است که ولتاژ عایق بالاتر است.

من این مدار را روی یک تراشه 6n136 مونتاژ کردم:

شکل 14. اسیلوگرام فرآیند گذرای جداسازی در 6ن136.

کار کرد، اما به کندی. من سعی کردم آن را روی ریز مدارهای دیگر (مانند sfh615) مونتاژ کنم، کار می کند، اما کند است. سریعتر بهش نیاز داشتم علاوه بر این، مدار اغلب به دلیل خود نوساناتی که رخ می دهد کار نمی کند (در چنین مواردی می گویند ACS ناپایدار است))) افزایش مقدار خازن C2 (شکل. 16.

یکی از دوستان یک اپتوکوپلر داخلی را توصیه کرد AOD130A. نتیجه واضح است:

شکل 15. اسیلوگرام فرآیند جداسازی گذرا در AOD130A.

و این هم نمودار:

شکل 16: نمودار جداسازی AOD130A.

بسته به اینکه سیگنال خروجی کمتر یا بزرگتر از ورودی باشد، به یک پتانسیومتر (RV1 یا RV2) نیاز است. اصولاً می شد فقط یک RV=2k را به صورت سری با R3=4.7k گذاشت یا حتی فقط RV2=10k را بدون R3 گذاشت. اصل واضح است: بتوانید حدود 5k را تنظیم کنید.

میکرو مدار جداسازی سیگنال ترانسفورماتور

بیایید به گزینه ترانسفورماتور برویم. ریز مدار ADUM3190 در دو نسخه برای 200 و 400 کیلوهرتز موجود است (من ADUM3190TRQZ برای 400 دارم)، همچنین یک میکرو مدار برای ولتاژ عایق بالاتر ADUM4190 وجود دارد. توجه داشته باشید که کیس از همه کوچکتر است - QSOP16. ولتاژ خروجی Eaout از 0.4 تا 2.4 ولت. در میکرو مدار من ولتاژ خروجیافست حدود 100 میلی ولت است (در اسیلوگرام در شکل 18 قابل مشاهده است). به طور کلی خوب کار می کند، اما شخصا از محدوده ولتاژ خروجی کاملا راضی نیستم. طبق نمودار مستندات مونتاژ شده است:

شکل 17. مدار ADUM3190 از مستندات.

برخی از اسیلوگرام ها:

شکل 18. شکل موج گذرا ADUM3190.

نتایج

خلاصه کنید. به نظر من بهترین گزینهمدار برای ADO130A داخلی است (از کجا آوردند؟!). و در نهایت یک جدول مقایسه کوچک:

تراشه	tr + تاخیر (نوسان)، µs	tf + تاخیر (نوسان)، µs	دامنه ولتاژ، V	ولتاژ عایق، V	نویز (نوسانی) mVp-p.	قیمت** هر قطعه، r (05.2018)
IL300	10	15	0-3*	4400	20	150
HCNR201	15	15	0-3*	1414	25	150
LOC110	4	6	0-3*	3750	15	150
ACPL-C87B	15	15	0-2	1230	nd	500
6N136	10	8	0-3*	2500	15	50
AOD130A	2	3	0.01-3*	1500	10	90
ADUM3190T	2	2	0.4-2.4	2500	20	210

*- تقریباً (با توجه به مدار مونتاژ شده با بهینه سازی عملکرد)

**- قیمت با توجه به حداقل متوسط ​​است.
یاروسلاو ولاسوف

P.S. AOD130A تولید شده توسط Proton OJSC (با لوگوی حک شده در جعبه سیاه) خوب است. قدیمی ها (از دهه 90 در یک جعبه قهوه ای) مناسب نیستند.

با قضاوت بر اساس چندین پست اخیر، بهتر است توضیح دهیم که ایزوله گالوانیکی چیست و چرا به آن نیاز است. بنابراین:

جداسازی گالوانیکی- انتقال انرژی یا سیگنال بین مدارهای الکتریکی بدون تماس الکتریکی بین آنها.

حالا بیایید به چند نمونه نگاه کنیم :)

مثال 1: شبکه

اغلب مردم در مورد جداسازی گالوانیکی در رابطه با برق اصلی صحبت می کنند و دلیل آن در اینجا آمده است. تصور کنید که سیم را با دست از سوکت گرفته اید. "اتصال" شما از نقطه نظر الکتریکی به این صورت است:

و بله، جریان نشتی دمپایی ها به اندازه ای است که با لمس سیم شبکه "فاز" "ضربه" را احساس کنید. اگر دمپایی ها خشک هستند، چنین "ضربه ای" معمولا بی ضرر است. اما اگر با پای برهنه روی زمین مرطوب بایستید، عواقب آن می تواند بسیار وحشتناک باشد.

اگر یک ترانسفورماتور در مدار وجود داشته باشد، موضوع کاملاً متفاوت است:

اگر یکی از پایانه های ترانسفورماتور را لمس کنید، هیچ جریانی از شما عبور نمی کند - به سادگی جایی برای جریان ندارد، ترمینال دوم ترانسفورماتور در هوا آویزان است. البته اگر هر دو ترمینال ترانسفورماتور را بگیرید و ولتاژ کافی تولید کند، به هر حال شما را خراب می کند.

بنابراین، در این مورد، ترانسفورماتور عایق گالوانیکی را فراهم می کند. علاوه بر ترانسفورماتور، تعداد بیشتری نیز وجود دارد راه های مختلفارسال سیگنال بدون ایجاد تماس الکتریکی:

• نوری: کوپلرهای نوری، فیبر نوری، پنل های خورشیدی
• رادیو: گیرنده، فرستنده
• صدا: بلندگو، میکروفون
• خازنی: از طریق یک خازن بسیار کوچک
• مکانیکی: موتور ژنراتور
• هنوز هم می توانید تصور کنید

مثال 2: اسیلوسکوپ

یک راه واقعاً مگا کلاسیک برای منفجر کردن نیمی از مدار وجود دارد. حتی یک مورد مربوطه در انجمن وجود دارد. مسئله این است که بسیاری از مردم فراموش می کنند که اسیلوسکوپ (و بسیاری از تجهیزات دیگر) به زمین متصل است. در اینجا تصویر کامل هنگام اتصال یک اسیلوسکوپ به مداری که مستقیماً از برق تغذیه می شود به نظر می رسد:

به یاد داشته باشید - هنگامی که چیزی را به یک مدار وصل می کنید، بخشی از مدار می شود! این موضوع در مورد تجهیزات اندازه گیری مختلف نیز صادق است.

روش صحیح اندازه گیری چیزی در مداری مانند این، اتصال آن از طریق ترانسفورماتور ایزوله 220-> 220 است:

پیدا کردن ترانسفورماتورهای آماده 220->220 بسیار دشوار است. بنابراین، می توانید به اصطلاح از شیفترها استفاده کنید. فلیپ دو ترانسفورماتور است، به عنوان مثال 220-> 24، به صورت سری مانند زیر خاموش می شوند:

احتمالاً در عمل دیده اید که چگونه به نظر می رسد:

اینورترها حتی بهتر از یک ترانسفورماتور 220->220 هستند.

• آنها نیمی از ظرفیت بین ورودی و خروجی را فراهم می کنند
• قسمت میانی را می توان به زمین متصل کرد و بنابراین فیلتر کردن تداخل از شبکه بسیار خوب است
• شما می توانید 3 ترانسفورماتور را روشن کنید و سپس می توانید 440 یا 110 ولت دریافت کنید

طبیعتاً هرچه ولتاژ خروجی ترانسفورماتورها بیشتر باشد جریان کمتر و بهتر است.

ترانه

خیلی وقت پیش حتی آهنگی با موضوع جداسازی گالوانیکی نوشتم. آهنگ زیر اسپویلر هست

آهنگ، متن و توضیحات آن

من این مینی آهنگ را زمانی ضبط کردم که روی وسایل الکترونیکی صوتی مختلف کار می کردم. یکی از دوستان یک گجت گیتار تیوپی ساخت و به این فکر کرد که ترانسفورماتوری که 220 را به 220 تبدیل می کند کاملاً بی فایده است، آن را از مدار بیرون انداخت و هزینه آن را پرداخت کرد. من فکر کردم که این موضوع کاملاً برای یک مینی آهنگ متال است.

سلام اولدفاگ! مرورگر شما از html5 پشتیبانی نمی کند! خودت را به روز کن!

شما ترانسفورماتور آند نصب نکردید
به طور مستقیم از شبکه تغذیه می شود
یک باتری زیر پایم بود
و تو با دستت گیتار رو گرفتی

جریان بدن فانی را سوراخ می کند
گوشت فانی می پیچد
نمیتونی دستتو باز کنی
تو تنها هستی و هیچ کس نمی تواند کمک کند

پاره شدن و سوزش
الکترون ها قلب شما را فشرده می کنند
آیا می جنگد یا فروکش می کند؟
به یاد داشته باشید که ایمنی حرف اول را می زند.

به هر حال، در این آهنگ کوچولو علاوه بر تسلیم، دو توصیه خوب دیگر نیز وجود دارد:

• بله، تمام کارها با ولتاژ برق باید حداقل توسط دو نفر انجام شود.
• هنگام وقوع برق گرفتگی دست منقبض می شود بنابراین بهتر است ابتدا دستگاه ها را با پشت دست راست لمس کنید.

نتیجه

طبیعتاً موضوع تسویه حساب به همین جا ختم نمی شود. به عنوان مثال، انتقال سیگنال های سریع از طریق یک مبادله بسیار دشوار است. اما در مورد آن کمی بعد بیشتر می شود.

شرکت بین المللی یکسو کننده - توسعه دهنده و سازنده الکترونیک قدرتاز سال 1947 - طیف وسیعی از رله های نوری را برای انواع برنامه ها تولید می کند. محبوب ترین آنها را می توان به گروه های زیر تقسیم کرد:

• بازیگری سریع (PVA، PVD، PVR)؛

• همه منظوره (PVT)؛

• برق متوسط ​​ولتاژ پایین (PVG، PVN)؛

• ولتاژ بالا قدرتمند (PVX).

PVA33: رله عمل سریع
برای سوئیچینگ سیگنال

سری رله AC PVA33-تک قطبی، معمولاً باز است. برای اهداف کلی سوئیچینگ سیگنال آنالوگ طراحی شده است.

اصل عملکرد دستگاه به شرح زیر است (شکل 1). ولتاژ اعمال شده به ورودی رله باعث می شود جریان از طریق ال ای دی آرسنید گالیم (GaAlAs) عبور کند و در نتیجه درخشش شدید دومی ایجاد شود. شار نور به یک ژنراتور فتوولتائیک یکپارچه (IGG) برخورد می کند، که یک اختلاف پتانسیل بین دروازه و منبع سوئیچ خروجی ایجاد می کند و در نتیجه دومی را به حالت رسانا منتقل می کند. ترانزیستورهای ماسفت برق (HEXFET - فناوری IR ثبت اختراع) به عنوان سوئیچ های خروجی برق استفاده می شوند. به این ترتیب جداسازی گالوانیکی کامل مدارهای ورودی از مدارهای خروجی حاصل می شود.

برنج. 1.

از مزایای چنین راه حلی نسبت به رله های الکترومکانیکی و نی معمولی افزایش قابل توجه عمر و سرعت، کاهش تلفات توان و به حداقل رساندن اندازه است. این مزایا باعث بهبود کیفیت محصولات توسعه‌یافته برای کاربردهای مختلف، مانند مالتی پلکس کردن سیگنال، تجهیزات تست خودکار، سیستم‌های جمع‌آوری داده‌ها و موارد دیگر می‌شود.

سطح ولتاژی که رله های این سری قادر به سوئیچینگ هستند در محدوده 0 تا 300 ولت (مقدار دامنه) جریان متناوب و مستقیم قرار دارد. در این حالت، حداقل سطح (در جریان ثابت) با مقاومت کانال ترانزیستورهای خروجی تعیین می شود که میانگین آن حدود 1 اهم (حداکثر تا 20 اهم) است.

مشخصه های دینامیکی دستگاه با زمان روشن و خاموش شدن که حدود 100 میکرو ثانیه است تعیین می شود. بنابراین، فرکانس سوئیچینگ رله تضمین شده می تواند به 500 هرتز یا بیشتر برسد.

حداکثر فرکانس سیگنال سوئیچ شده به طور عمده بستگی دارد ویژگی های فرکانسترانزیستورهای مورد استفاده و برای سوئیچ های MOS به صدها کیلوهرتز می رسد. رله ها در بسته های 8 پین DIP عرضه می شوند و در دو نسخه از طریق سوراخ و نصب سطحی موجود می باشند.

PVT312: رله مخابراتی
همه منظوره

رله فوتوالکتریک PVT312،تک قطبی، معمولاً باز، می تواند در هر دو جریان مستقیم و متناوب استفاده شود.

این رله حالت جامد به طور ویژه برای استفاده در سیستم های مخابراتی طراحی شده است. سری رله PVT312L(با پسوند "L") از مدارهای محدود کننده جریان فعال استفاده می کنند که به آنها اجازه می دهد تا در برابر نوسانات جریان گذرا مقاومت کنند. PVT312 در بسته 6 پین DIP موجود است.

کاربرد: کلیدهای مخابراتی، تریگرها، طرح های کلیسوئیچینگ

نمودارهای اتصال می توانند سه نوع باشند (شکل 2). در حالت اول، دو کلید تراشه به صورت سری به هم متصل می شوند. به دلیل تقارن، این به مدار حاصل اجازه می دهد تا ولتاژ متناوب را تغییر دهد. به این نوع مدار اتصال نوع A می گویند. نوع "B" از این جهت متفاوت است که فقط یکی از دو کلید تراشه استفاده می شود. این به شما امکان می دهد یک جریان بزرگتر، اما فقط مستقیم را تغییر دهید. در گزینه سوم (نوع "C")، کلیدها به صورت موازی به هم متصل می شوند و در نتیجه حداکثر مقدار فعلی ممکن افزایش می یابد.

برنج. 2.

PVG612: رله ولتاژ متوسط ​​ولتاژ پایین
برق برای AC

سری رله فوتوالکتریک PVG612 -رله های حالت جامد تک قطبی معمولاً باز. دستگاه های فشردهسری PVG612 برای سوئیچینگ ایزوله جریان تا 1 آمپر با ولتاژ 12 تا 48 ولت AC یا DC استفاده می شود.

رله های این نوع از این جهت جالب هستند که قادر به سوئیچینگ نسبتاً بزرگ هستند (برای از این نوعدستگاه ها) جریان های متناوب، در حالی که سرعت ذاتی راه حل های ترانزیستور MOS را حفظ می کند.

PVDZ172N: متوسط ​​ولتاژ پایین
برق برای DC

رله‌های این سری (شکل 3)، بر خلاف رله‌هایی که در بالا توضیح داده شد، فقط برای سوئیچینگ جریان‌های قطبی ثابت با توان حداکثر 1.5 آمپر و ولتاژ تا 60 ولت طراحی شده‌اند. برای مثال، این رله‌ها در کنترل استفاده می‌شوند. وسایل روشنایی، موتورها، عناصر گرمایشی و غیره .d.

برنج. 3.

PVDZ172Nموجود در طرح معمولی باز و تک قطبی در بسته های DIP 8 پین.

سایر کاربردهای ممکن: تجهیزات صوتی، منابع تغذیه، کامپیوتر و لوازم جانبی.

PVX6012: برای بارهای سنگین

برای بارهای زیاد فرکانس پایین، IR رله فوتوالکتریک را ارائه می دهد PVX6012(شکل 4) (تک قطبی، معمولاً باز). این دستگاه از یک سوئیچ خروجی بر اساس استفاده می کند ترانزیستور دو قطبیبا یک گیت عایق (IGBT)، که امکان به دست آوردن افت ولتاژ کم در حالت روشن و جریان های کم تلفات در حالت بسته را به اندازه کافی فراهم می کند. سرعت بالاعملکرد (7 ms - روشن / 1 میلی ثانیه - خاموش).

برنج. 4.

PVX6012 در بسته 14 پین DIP موجود است که جالب اینجاست که فقط از چهار پین استفاده می کند - این راه حل باعث خنک شدن بهتر دستگاه می شود.

کاربردهای اصلی عبارتند از: تجهیزات تست. کنترل صنعتی و اتوماسیون؛ تعویض رله های الکترومکانیکی؛ تعویض رله های جیوه

PVI: عایق عکس برای خارجی
کلیدهای قدرت بالا

دستگاه های این سری رله به معنای واقعی کلمه نیستند. یعنی قادر به جابجایی جریان های بزرگ انرژی با کمک جریان های کوچک نیستند. آنها فقط عایق گالوانیکی ورودی از خروجی را فراهم می کنند، از این رو نام آنها - عایق فوتوالکتریک (شکل 5) است.

برنج. 5.

چرا چنین «کم اعتمادی» ضروری است؟ واقعیت این است که دستگاه های سری PVI یک ایزوله الکتریکی تولید می کنند فشار ثابت، که برای هدایت مستقیم دروازه های ماسفت ها و IGBT های پرقدرت کافی است. در واقع، این یک رله اپتو اما بدون سوئیچ خروجی است که توسعه دهنده می تواند از یک ترانزیستور جداگانه مناسب برای قدرت آن استفاده کند.

PVI ها برای کاربردهایی که نیاز به سوئیچینگ جریان بالا و/یا ولتاژ بالا با ایزوله نوری بین مدارهای کنترل و مدارهای بار قدرت بالا دارند ایده آل هستند.

علاوه بر این، عایق سری PVI1050Nشامل دو خروجی کنترل شده به طور همزمان است که امکان اتصال آنها را به صورت سری یا موازی برای ارائه یک جریان کنترل بالاتر (MOC) یا یک ولتاژ کنترل بالاتر (IGT) فراهم می کند. بنابراین، در واقع، می توانید سیگنال خروجی 10 V/5 μA را در صورت اتصال سری و 5 V/10 μA هنگام اتصال موازی دریافت کنید.

دو خروجی PVI1050N را می توان به طور جداگانه استفاده کرد، مشروط بر اینکه اختلاف پتانسیل بین خروجی ها از 1200 VDC تجاوز نکند.

دستگاه های این سری در بسته های 8 پین DIP تولید می شوند و در سازماندهی کنترل بارهای قدرتمند، مبدل های ولتاژ و ... کاربرد دارند.

PVR13: رله دوگانه با عملکرد سریع

ویژگی اصلی این سری وجود دو رله مستقل در یک محفظه است (شکل 6) که هر کدام را می توان به عنوان نوع "A" "B" یا "C" متصل کرد (برای توضیح انواع، در توضیحات PVT312 به بالا مراجعه کنید). حداکثر ولتاژ سوئیچینگ 100 ولت (DC/AC)، جریان 300 میلی آمپر. در غیر این صورت، این رله از نظر دامنه و مشخصات به PVA33 نزدیک است و برای سوئیچینگ سیگنال های آنالوگ نیز در نظر گرفته شده است. فرکانس میانی(تا صدها کیلوهرتز).

برنج. 6.

موجود در بسته های 16 پین DIP با پین برای نصب از طریق سوراخ.

مشخصات اصلی رله های نوری IR در جدول 1 ارائه شده است.

میز 1. پارامترهای رله های نوری IR

مشخصات	PVA33	PVT312	PVG612N	PVDZ172N	PVX6012
ویژگی های ورودی
حداقل جریان کنترل، میلی آمپر	1…2	2	10	10	5
حداکثر کنترل جریان برای قرار گرفتن در حالت بسته، mA	0,01	0,4	0,4	0,4	0,4
کنترل محدوده جریان (محدودیت جریان مورد نیاز است!)، میلی آمپر	5…25	2…25	5…25	5…25	5…25
حداکثر ولتاژ معکوس، V	6	6	6	6	6
ویژگی های خروجی
محدوده ولتاژ عملیاتی، V	0…300	0…250	0…60	0…60 (ثابت)	280 (AC)/400 (DC)
حداکثر جریان بار پیوسته در 40 درجه سانتیگراد، A	0,15	-	-	1,5	1
یک کان. (پست یا متغیر)	-	0,19	1	-	-
در ارتباط (سریع.)	-	0,21	1,5	-	-
با اتصال (سریع.)	-	0,32	2	-	-
حداکثر جریان پالس، A	-	-	2,4	4	تکرار نیست 5 A (1 ثانیه)
مقاومت در حالت باز، نه بیشتر، اهم	24	-	-	0,25	-
یک کان.	-	10	0,5	-	-
در ارتباط	-	5,5	0,25	-	-
با اتصال	-	3	0,15	-	-
مقاومت در حالت بسته، نه کمتر، MOhm	10000	-	100	100	-
زمان روشن شدن، نه بیشتر. ام‌اس	0,1	3	2	2	7
زمان خاموش شدن، دیگر، خانم	0,11	0,5	0,5	0,5	1
ظرفیت خروجی، نه بیشتر، pF	6	50	130	150	50
نرخ افزایش ولتاژ، نه کمتر، V/µs	1000	-	-	-	-
دیگر
استحکام الکتریکی عایق "ورودی-خروجی"، V (SCR)	4000	4000	4000	4000	3750
مقاومت عایق، ورودی-خروجی، 90 ولت DC، اهم	1012	1012	1012	1012	1012
ظرفیت ورودی-خروجی، pF	1	1	1	1	1
حداکثر دمای تماس لحیم کاری، درجه سانتیگراد	260	260	260	260	260
دمای کاری، °С	-40…85	-40…85	-40…85	-40…85	-40…85
دمای نگهداری، درجه سانتی گراد	-40…100	-40…100	-40…100	-40…100	-40…100

کاربرد رله های نوری IR

سیستمهای کنترل.در رابط های ACS، یکی از مشکلات مهم سازماندهی ارتباط بین مدارهای کنترل و سوئیچ، تضمین ایزولاسیون گالوانیکی قابل اعتماد است. یعنی لازم است انتقال اطلاعات (مثلاً سیگنال به یک محرک) بدون تماس الکتریکی سازماندهی شود. یکی از اولین وسایل از این نوع رله های الکترومکانیکی بود که در آن اطلاعات از طریق میدان مغناطیسی منتقل می شد. با این حال، وجود قطعات مکانیکی منجر به جرقه زدن کنتاکت ها و عملکرد پایین چنین سیستم هایی شد.

استفاده از انتقال سیگنال از طریق شار نور (رله های نوری) در رابط های سیستم کنترل خودکار (شکل 7) در مقایسه با سوئیچ های الکترومکانیکی، قابلیت اطمینان، سرعت سوئیچینگ، دوام و شاخص های وزن و اندازه بهتر را فراهم می کند. و مزیت آن در مقایسه با کلیدهای الکترونیکی عدم وجود نقطه مشترک و تأثیر متقابل مدارها در هنگام سوئیچینگ است.

برنج. 7.

وجود ایزولاسیون گالوانیکی در سیستم کنترل یکی از ویژگی های مهم کلید است، زیرا به شما امکان می دهد جریان های کنترل جداگانه ایجاد کنید که به نوبه خود امکان اطمینان از استقلال الکتریکی اطلاعات و مناطق اجرایی سیستم را فراهم می کند. عایق گالوانیکی نوری تجهیزات کنترل میکروالکترونیک را از مدارهای با جریان بالا و ولتاژ بالا دستگاه های اجرایی محیطی جدا می کند که منجر به افزایش ایمنی نویز، عمر مفید و کاهش قیمت چنین تجهیزاتی می شود.

برنج. 8.

یکی بیشتر عملکرد لازمدر تجهیزات اندازه گیری تغییر حالت های عملیاتی (محدوده اندازه گیری، بهره، نوع اتصال و غیره) است که قبلاً به صورت مکانیکی انجام می شد. به عنوان مثال، برای اندازه گیری ولتاژ، یک ولت متر به طور موازی به مدار متصل می شود، در حالی که برای اندازه گیری جریان، شما نیاز دارید اتصال سریالتجهیزات اندازه گیری با مدار در برخی از ابزارها، برای اجرای چنین سوئیچی، لازم بود از ورودی دیگری استفاده شود که به صورت مکانیکی خط اندازه گیری را تغییر می داد. این در مورد تغییرات مکرر در پارامتر اندازه گیری شده بسیار ناخوشایند است، بنابراین استفاده از رله های اپتوالکترونیک می تواند به طور موثری حل کند. این مشکل، سهولت استفاده از دستگاه را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.

از سوی دیگر، در سیستم های اکتساب داده، نیاز به استفاده از رله های اپتو اغلب به دلیل احتمال زیاد آسیب به مدارهای ورودی حساس تجهیزات اندازه گیری (آنالوگ- دیجیتال و مبدل های فرکانس). چنین اثر نامطلوببه عنوان مثال، ممکن است به دلیل طول طولانی هادی ها از مبدل اولیه تا عنصر اندازه گیری، که به القای تداخل الکترواستاتیکی کمک می کند، ایجاد شود. علاوه بر این، هم فرآیندهای گذرا در هنگام روشن/خاموش کردن تجهیزات و هم خطا در استفاده از آن، به عنوان مثال، وجود سیگنال ورودی با دامنه زیاد در هنگام قطع برق، می‌تواند تأثیر قابل توجهی داشته باشد.

همه این عوامل منجر به نیاز به استفاده از ایزولاسیون گالوانیکی می شود. به عنوان مثال، رله سری PVT312L با یک مدار سرکوب کننده جریان موج دار فعال داخلی است که می تواند به طور موثر در دستگاه های مرتبط با هادی های طولانی یا عملکرد در شرایط دشوار الکترومغناطیسی (سیستم های نظارت بر محیط زیست سیمی شرکت ها، مبدل های اندازه گیری صنعتی) استفاده شود.

مخابرات.استفاده از رله های اپتو در زمینه ارتباطات نیز یک زمینه امیدوارکننده است. چندین عملکرد منحصر به فرد وجود دارد که می توان آنها را به طور موثر با استفاده از مزایای رله اپتو پیاده سازی کرد. این شامل جداسازی گالوانیکی بین مودم و خط تلفن برای جلوگیری از آسیب های ناشی از تخلیه های الکترواستاتیک (از جمله صاعقه) است. اجرای عملکردهای خاص تجهیزات تلفن (شماره گیری پالس و تون، اتصال و تعیین وضعیت خط) و غیره.

نتیجه

در سال های اخیر، روندی به سمت افزایش مداوم تقاضا برای رله های الکترونیک نوری از IR وجود داشته است. مصرف کنندگان اصلی رله های حالت جامد غول های صنعتی کشور ما - شرکت های ابزارسازی و حمل و نقل، شرکت های بزرگ دولتی Rostelecom، Rosatom، راه آهن روسیه هستند. تولید کنندگان برای راحتی و بالا ارزش قائل هستند مشخصات فنیرله های IR برای کاربردهای صنعتی

از سوی دیگر، الزامات برای قابلیت اطمینان تجهیزات الکترونیکی از صنایع نظامی و هوافضا به طور مداوم در حال رشد است. این موضوع بسیار مرتبط است، که نیاز به راه حل های فنی خاصی دارد که باعث کاهش خرابی تجهیزات در حین کار می شود. هیچ یک از کارشناسان شک ندارند که رله های حالت جامد می توانند قابلیت اطمینان تجهیزات ویژه را افزایش دهند.

جداسازی گالوانیکی مدار اپتوکوپلر

اپتوکوپلر چیست

اپتوکوپلر که به عنوان اپتوکوپلر نیز شناخته می شود، یک قطعه الکترونیکی است که سیگنال های الکتریکی را بین دو مدار الکتریکی جدا شده با استفاده از نور مادون قرمز ارسال می کند. به عنوان یک عایق، یک اپتوکوپلر می تواند از عبور جلوگیری کند ولتاژ بالادر امتداد زنجیره انتقال سیگنال از طریق مانع نوری با استفاده از یک LED IR و یک عنصر حساس به نور، مانند یک ترانزیستور نوری، که اساس ساختار اپتوکوپلر است، انجام می‌شود. Optocoupler ها در دسترس هستند مدل های مختلفو تنظیمات داخلی یکی از رایج ترین آنها یک دیود IR و یک ترانزیستور فوتو در یک بسته 4 پین است که در شکل نشان داده شده است. در حین کار نباید از برخی پارامترها تجاوز کرد. این حداکثر مقادیر در ارتباط با نمودارها برای طراحی صحیح حالت عملکرد استفاده می شود. در سمت ورودی، دیود ساطع کننده مادون قرمز دارای حداکثر جریان و ولتاژ رو به جلو مشخصی است که بیش از آن باعث سوختن عنصر ساطع می شود. اما حتی سیگنالی که خیلی کوچک باشد نمی تواند آن را درخشان کند و اجازه نمی دهد که ضربه بیشتر در طول مدار منتقل شود. مزایای کوپلرهای نوری توانایی ایجاد جداسازی گالوانیکی بین ورودی و خروجی؛ برای کوپلرهای نوری هیچ محدودیت فیزیکی یا طراحی اساسی برای دستیابی به ولتاژهای بالا و مقاومت های جداسازی دلخواه و ظرفیت گذردهی خودسرانه کوچک وجود ندارد. امکان اجرای کنترل نوری بدون تماس اشیاء الکترونیکی و تنوع و انعطاف پذیری حاصل از راه حل های طراحی برای مدارهای کنترل. انتشار یک طرفه اطلاعات در طول کانال نوری، عدم وجود بازخورد از گیرنده به امیتر. پهنای باند فرکانس وسیع اپتوکوپلر، بدون محدودیت از فرکانس های پایین; امکان انتقال سیگنال پالس و یک جزء ثابت از طریق مدار اپتوکوپلر. توانایی کنترل سیگنال خروجی اپتوکوپلر با تأثیرگذاری بر مواد کانال نوری و در نتیجه امکان ایجاد انواع سنسورها و همچنین انواع دستگاه ها برای انتقال اطلاعات. توانایی ایجاد میکرو عملکردی لوازم برقیبا آشکارسازهای نوری، که ویژگی های آنها، هنگام روشن شدن، طبق یک قانون پیچیده تغییر می کند. مصونیت کانال های ارتباطی نوری در برابر اثرات میدان های الکترومغناطیسی، که آنها را از تداخل و نشت اطلاعات محافظت می کند و همچنین تداخل متقابل را از بین می برد. سازگاری فیزیکی، طراحی و فناوری با سایر دستگاه های نیمه هادی و رادیویی الکترونیکی. معایب اپتوکوپلرها مصرف انرژی قابل توجه به دلیل نیاز به تبدیل انرژی مضاعف (برق - نور - الکتریسیته) و راندمان پایین این انتقال ها. افزایش حساسیت پارامترها و ویژگی ها به اثرات دمای بالا و تشعشعات نافذ؛ تخریب موقت پارامترهای اپتوکوپلر؛ سطح نسبتاً بالایی از خود نویز، به دلیل، مانند دو معایب قبلی، به ویژگی های فیزیکی LED ها. پیچیدگی اجرا بازخورد، ناشی از جداسازی الکتریکی مدارهای ورودی و خروجی. طراحی و نقص فنی مرتبط با استفاده از فناوری هیبریدی غیر مسطح، با نیاز به ترکیب چندین کریستال منفرد از نیمه هادی های مختلف واقع در سطوح مختلف در یک دستگاه. کاربرد کوپلرهای نوری به عنوان عناصر جداسازی گالوانیکی، اپتوکوپلرها استفاده می شوند: برای اتصال واحدهای تجهیزاتی که بین آنها اختلاف پتانسیل قابل توجهی وجود دارد. برای محافظت از مدارهای ورودی دستگاه های اندازه گیری از تداخل و تداخل. یکی دیگر از حوزه های مهم کاربرد کوپلرهای نوری، کنترل نوری و بدون تماس مدارهای با جریان بالا و ولتاژ بالا است. راه اندازی تریستورهای قدرتمند، تریاک، کنترل دستگاه های رله الکترومکانیکی. بلوک های پالستغذیه. ایجاد کوپلرهای نوری "طولانی" (دستگاه هایی با راهنمای نور فیبر نوری انعطاف پذیر گسترده) مسیر کاملاً جدیدی را برای استفاده از محصولات اپتوکوپلر - ارتباط در فواصل کوتاه باز کرد. اپتوکوپلرهای مختلفی نیز در مدارهای مهندسی رادیو برای مدولاسیون، کنترل بهره خودکار و موارد دیگر استفاده می شوند. در اینجا از ضربه از طریق کانال نوری برای رساندن مدار به حالت عملکرد بهینه برای تنظیم حالت بدون تماس استفاده می شود. توانایی تغییر خواص کانال نوری تحت تأثیرات مختلف خارجی روی آن، ایجاد یک سری کامل از سنسورهای اپتوکوپلر را امکان پذیر می کند: اینها سنسورهایی برای رطوبت و آلودگی گاز، سنسورهایی برای حضور مایع خاص در حجم، سنسورها هستند. برای تمیزی سطح یک جسم و سرعت حرکت آن. تطبیق پذیری کوپلرهای نوری به عنوان عناصر جداسازی گالوانیکی و کنترل بدون تماس، تنوع و منحصر به فرد بودن بسیاری از عملکردهای دیگر دلیل تبدیل شدن کاربردهای اپتوکوپلر است. مهندسی رایانه، اتوماسیون، تجهیزات ارتباطی و رادیویی، سیستم های خودکارکنترل ها، تجهیزات اندازه گیری، سیستم های کنترل و تنظیم، الکترونیک پزشکی، دستگاه های نمایش اطلاعات بصری. بیشتر بخوانید در مورد انواع مختلفکوپلرهای نوری، این سند را بخوانید.

elwo.ru

جداسازی گالوانیکی: اصول و نمودار

ایزولاسیون گالوانیکی اصل عایق الکتریکی مدار جریان مورد بحث در رابطه با مدارهای دیگری است که در یک دستگاه وجود دارد و عملکرد فنی را بهبود می بخشد. برای حل مشکلات زیر از عایق گالوانیکی استفاده می شود:

1. دستیابی به استقلال زنجیره سیگنال. هنگام اتصال ابزارها و دستگاه های مختلف استفاده می شود و از استقلال مدار سیگنال الکتریکی با توجه به جریان های ناشی از اتصال انواع مختلف دستگاه ها اطمینان حاصل می شود. کوپلینگ گالوانیکی مستقل مشکلات سازگاری الکترومغناطیسی را حل می کند، تأثیر تداخل را کاهش می دهد، نسبت سیگنال به نویز را در مدارهای سیگنال بهبود می بخشد و دقت واقعی اندازه گیری فرآیندهای در حال انجام را افزایش می دهد. ایزولاسیون گالوانیکی با ورودی و خروجی ایزوله باعث سازگاری دستگاه ها می شود دستگاه های مختلفتحت پارامترهای پیچیده محیط الکترومغناطیسی چند کاناله ابزار اندازه گیریدارای ایزوله گروهی یا کانالی هستند. جداسازی می تواند برای چندین کانال اندازه گیری تکی یا کانال به کانال برای هر کانال به طور مستقل باشد.
2. مطابقت با الزامات GOST 52319-2005 فعلی در مورد ایمنی الکتریکی. این استاندارد مقاومت عایق را در تجهیزات کنترل و اندازه گیری الکتریکی تنظیم می کند. جداسازی گالوانیکی به عنوان یکی از مجموعه ای از اقدامات برای اطمینان از ایمنی الکتریکی در نظر گرفته می شود که باید به موازات سایر روش های حفاظت (زمین، مدارهای محدود کننده ولتاژ و جریان، شیرهای ایمنی و غیره) کار کند.

ایزوله می تواند فراهم شود روش های مختلفو وسایل فنی: حمام های گالوانیکی، ترانسفورماتورهای القایی، ایزولاتورهای دیجیتال، رله های الکترومکانیکی.

نمودارهای محلول جداسازی گالوانیکی

در طول ساخت سیستم های پیچیده برای پردازش دیجیتال سیگنال های دریافتی مرتبط با عملکرد در شرایط صنعتی، جداسازی گالوانیکی باید مشکلات زیر را حل کند:

1. مدارهای کامپیوتر را از قرار گرفتن در معرض جریان ها و ولتاژهای بحرانی محافظت کنید. این مهم است اگر شرایط عملیاتی شامل قرار گرفتن در معرض امواج الکترومغناطیسی صنعتی باشد، مشکلاتی در زمینه زمین وجود داشته باشد، و غیره. چنین شرایطی در حمل و نقل نیز رخ می دهد، که ضریب نفوذ انسانی زیادی دارد. خطاها می توانند باعث خرابی کامل تجهیزات گران قیمت شوند.
2. از کاربران در برابر آسیب محافظت کنید شوک الکتریکی. این مشکل اغلب مربوط به دستگاه های پزشکی است.
3. به حداقل رساندن اثرات مضر تداخل های مختلف. عامل مهمدر آزمایشگاه هایی که اندازه گیری های دقیق را هنگام ساختن سیستم های دقیق در ایستگاه های مترولوژی انجام می دهند.

در حال حاضر، ترانسفورماتور و جداسازی نوری به طور گسترده استفاده می شود.

اصل عملکرد اپتوکوپلر

مدار اپتوکوپلر

دیود ساطع نور بایاس رو به جلو است و فقط نور را از ترانزیستور فوتو دریافت می کند. این روش یک اتصال گالوانیکی بین مدارهایی که از یک طرف به یک LED و از طرف دیگر به یک ترانزیستور فوتو متصل هستند، فراهم می کند. از مزایای دستگاه های اپتوالکترونیک می توان به توانایی انتقال ارتباطات در محدوده وسیع، توانایی انتقال سیگنال های خالص در فرکانس های بالا و ابعاد خطی کوچک اشاره کرد.

ضرب کننده های تکانه الکتریکی

آنها سطح مورد نیاز عایق الکتریکی را فراهم می کنند و از فرستنده- فرستنده، خطوط ارتباطی و دستگاه های گیرنده تشکیل شده اند.

ضرب کننده های پالس

خط ارتباطی باید سطح مورد نیاز ایزولاسیون سیگنال را در دستگاه های دریافت کننده فراهم کند، پالس ها به مقادیر لازم برای شروع به کار تریستورها تقویت می شوند.

استفاده از ترانسفورماتورهای الکتریکی برای جداسازی قابلیت اطمینان را افزایش می دهد سیستم های نصب شده، بر اساس کانال های چند مجتمع متوالی در صورت خرابی یکی از آنها ساخته شده است.

پارامترهای کانال های چند پیچیده

پیام های کانال از اطلاعات، فرمان یا سیگنال های پاسخ تشکیل شده است وظایف سیستم. استفاده از ترانسفورماتورها قابلیت اطمینان عملکرد سیستم های مونتاژ شده بر اساس کانال های چند مجتمع سریال را افزایش می دهد و عملکرد دستگاه را در هنگام خرابی چندین گیرنده تضمین می کند. با توجه به استفاده از کنترل انتقال چند مرحله ای در سطح سیگنال، سطوح بالایی از ایمنی نویز تضمین می شود. در حالت عملیاتی عمومی، امکان ارسال پیام به چند مصرف کننده وجود دارد که باعث تسهیل اولیه سازی اولیه سیستم می شود.

ساده ترین وسیله الکتریکی یک رله الکترومغناطیسی است. اما ایزولاسیون گالوانیکی مبتنی بر این دستگاه دارای اینرسی بالا، اندازه نسبتا بزرگ است و تنها می تواند انرژی مصرفی زیادی را برای تعداد کمی از مصرف کنندگان فراهم کند. چنین معایبی مانع از استفاده گسترده از رله می شود.

جداسازی گالوانیکی از نوع فشار کش به شما امکان می دهد تا میزان استفاده را به میزان قابل توجهی کاهش دهید انرژی الکتریکیدر حالت بار کامل، در نتیجه عملکرد اقتصادی دستگاه ها بهبود می یابد.

ایزوله فشار کش

از طریق استفاده از جداسازی های گالوانیکی می توان مدارهای مدرن ایجاد کرد کنترل خودکار، تشخیص و کنترل با ایمنی بالا، قابلیت اطمینان و پایداری عملیات.

plast-product.ru

جداسازی گالوانیکی اگر اپتوکوپلر نیست، چه کسی؟

در الکترونیک چیزی به عنوان عایق گالوانیکی وجود دارد. تعریف کلاسیک آن انتقال انرژی یا سیگنال بین مدارهای الکتریکی بدون تماس الکتریکی است. اگر مبتدی هستید، این فرمول بسیار کلی و حتی مرموز به نظر می رسد. اگر تجربه مهندسی دارید یا فقط فیزیک را به خوبی به خاطر دارید، به احتمال زیاد قبلاً به ترانسفورماتورها و کوپلرهای نوری فکر کرده اید.

مقاله زیر برش اختصاص دارد به به طرق مختلفجداسازی گالوانیکی سیگنال های دیجیتال. ما به شما خواهیم گفت که چرا اصلاً به آن نیاز است و چگونه سازندگان یک مانع عایق را "داخل" ریز مدارهای مدرن اجرا می کنند.

همانطور که قبلا ذکر شد، ما در مورد جداسازی سیگنال های دیجیتال صحبت خواهیم کرد. در ادامه متن، با جداسازی گالوانیکی، انتقال یک سیگنال اطلاعاتی بین دو مدار الکتریکی مستقل را درک خواهیم کرد.

چرا نیاز است؟

سه کار اصلی وجود دارد که با جدا کردن یک سیگنال دیجیتال حل می شود.

اولین چیزی که به ذهن می رسد محافظت در برابر ولتاژ بالا است. در واقع، اطمینان از جداسازی گالوانیکی یک الزام ایمنی برای اکثر وسایل الکتریکی است. اجازه دهید میکروکنترلر، که به طور طبیعی دارای ولتاژ تغذیه کمی است، سیگنال های کنترلی را برای ترانزیستور قدرت یا سایر دستگاه های ولتاژ بالا تنظیم کند. این یک کار فراتر از معمول است. اگر عایق بین درایور که سیگنال کنترل را در توان و ولتاژ افزایش می دهد و دستگاه کنترل وجود نداشته باشد، میکروکنترلر به سادگی در معرض خطر سوختن است. علاوه بر این، دستگاه های ورودی-خروجی معمولاً به مدارهای کنترل متصل می شوند، به این معنی که فردی با فشار دادن دکمه "روشن" می تواند مدار را به راحتی ببندد و یک شوک چند صد ولتی دریافت کند افراد و تجهیزات
استفاده از ریز مدارها با مانع ایزوله برای رابط، کمتر محبوب نیست مدارهای الکتریکیبا ولتاژهای تغذیه متفاوت همه چیز در اینجا ساده است: هیچ "اتصال الکتریکی" بین مدارها وجود ندارد، بنابراین سیگنال، سطوح منطقی سیگنال اطلاعات در ورودی و خروجی ریزمدار، با منبع تغذیه در "ورودی" و "خروجی" مطابقت دارد. ” مدارها به ترتیب.
عایق گالوانیکی نیز برای بهبود ایمنی سیستم ها در برابر نویز استفاده می شود. یکی از منابع اصلی تداخل در تجهیزات الکترونیکی به اصطلاح سیم مشترک است که اغلب محفظه دستگاه است. هنگام انتقال اطلاعات بدون جداسازی گالوانیکی، سیم مشترک پتانسیل مشترک فرستنده و گیرنده لازم برای انتقال سیگنال اطلاعات را فراهم می کند. از آنجایی که سیم مشترک معمولاً به عنوان یکی از قطب های برق عمل می کند، اتصال دستگاه های الکترونیکی مختلف به آن، به ویژه برق، منجر به نویز ضربه ای کوتاه مدت می شود. آنها با جایگزینی "اتصال الکتریکی" با اتصال از طریق یک مانع عایق حذف می شوند.

چگونه کار می کند

به طور سنتی، جداسازی گالوانیکی مبتنی بر دو عنصر است - ترانسفورماتور و اپتوکوپلر. اگر جزئیات را حذف کنیم، اولین ها برای سیگنال های آنالوگ و دومی ها برای سیگنال های دیجیتال استفاده می شوند. ما فقط مورد دوم را در نظر می گیریم، بنابراین منطقی است که به خواننده یادآوری کنیم که یک اپتوکوپلر برای انتقال سیگنال بدون تماس الکتریکی، از یک جفت ساطع کننده نور (اغلب یک LED) و یک آشکارساز نور استفاده می شود. سیگنال الکتریکی در ورودی به پالس های نور تبدیل می شود، از لایه انتقال دهنده نور عبور می کند، توسط یک آشکارساز نوری دریافت می شود و دوباره به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود.

جداسازی اپتوکوپلر محبوبیت زیادی به دست آورده است و برای چندین دهه تنها فناوری برای جداسازی سیگنال های دیجیتال بوده است. با این حال، با توسعه صنعت نیمه هادی، با ادغام همه چیز و همه، ریزمدارهایی ظاهر شدند که یک مانع عایق را به قیمت هزینه های دیگر اجرا می کنند. فن آوری های مدرن. ایزولاتورهای دیجیتال ریزمدارهایی هستند که یک یا چند کانال ایزوله را ارائه می دهند که هر کدام از نظر سرعت و دقت انتقال سیگنال، سطح مقاومت در برابر تداخل و اغلب هزینه هر کانال از اپتوکوپلر بهتر عمل می کنند.

سد ایزولاسیون ایزولاتورهای دیجیتال با استفاده از فناوری های مختلفی ساخته می شود. شرکت معروف Analog Devices از ترانسفورماتور پالس به عنوان مانع در جداکننده های دیجیتال ADUM استفاده می کند. در داخل محفظه ریز مدار دو کریستال و یک ترانسفورماتور پالس وجود دارد که به طور جداگانه روی یک فیلم پلی آمید ساخته شده اند. کریستال فرستنده دو پالس کوتاه در لبه سیگنال اطلاعات و یک پالس در کاهش سیگنال اطلاعات ایجاد می کند. یک ترانسفورماتور پالس اجازه می دهد تا با کمی تاخیر، پالس هایی را روی کریستال فرستنده که از طریق آن تبدیل معکوس انجام می شود، دریافت کند.

فناوری توصیف شده با موفقیت در اجرای عایق گالوانیکی از بسیاری جهات برتر از کوپلرهای نوری است، اما دارای تعدادی از معایب مرتبط با حساسیت ترانسفورماتور به تداخل و خطر اعوجاج هنگام کار با پالس های ورودی کوتاه است.

سطح بسیار بالاتری از مصونیت نویز در ریز مدارهایی که مانع جداسازی روی خازن ها اجرا می شود، ارائه می شود. استفاده از خازن ارتباط را از بین می برد دی سیبین گیرنده و فرستنده که در مدارهای سیگنال معادل جداسازی گالوانیکی است.

اگر جمله آخر شما را برانگیخته کرد... اگر میل شدیدی به فریاد زدن داشتید که نمی تواند عایق گالوانیکی روی خازن ها باشد، پس توصیه می کنم از رشته هایی مانند این بازدید کنید. هنگامی که خشم شما فروکش کرد، توجه داشته باشید که تمام این بحث و جدل به سال 2006 بازمی گردد. همانطور که می دانیم، مانند سال 2007 به آنجا باز نخواهیم گشت. و عایق های دارای مانع خازنی برای مدت طولانی تولید شده اند، استفاده می شوند و کاملاً کار می کنند.

مزایای جداسازی خازنی راندمان انرژی بالا، ابعاد کوچک و مقاومت در برابر تأثیرات خارجی است. میدانهای مغناطیسی. این امکان ایجاد عایق های انتگرال ارزان قیمت با شاخص های قابلیت اطمینان بالا را فراهم می کند. آنها توسط دو شرکت - Texas Instruments و Silicon Labs تولید می شوند. این شرکت ها از فناوری های مختلفی برای ایجاد کانال استفاده می کنند، اما در هر دو مورد از دی اکسید سیلیکون به عنوان دی الکتریک استفاده می شود. این ماده استحکام الکتریکی بالایی دارد و چندین دهه است که در تولید ریز مدارها مورد استفاده قرار می گیرد. در نتیجه، SiO2 به راحتی در کریستال ادغام می شود و یک لایه دی الکتریک با ضخامت چند میکرومتر برای تامین ولتاژ عایق چند کیلوولتی روی یک کریستال (در تگزاس اینسترومنتز) یا روی هر دو (در آزمایشگاه سیلیکون) که قرار دارند، کافی است در محفظه ایزولاتور دیجیتال، پدهای خازن قرار دارد. تراشه‌ها از طریق این پدها به هم متصل می‌شوند، بنابراین سیگنال اطلاعاتی از طریق مانع جداسازی از گیرنده به فرستنده منتقل می‌شود، اگرچه Texas Instruments و Silicon Labs از فناوری‌های بسیار مشابهی برای ادغام یک مانع خازنی روی تراشه استفاده می‌کنند، اما از اصول کاملاً متفاوتی برای انتقال استفاده می‌کنند. سیگنال اطلاعات

هر کانال ایزوله تگزاس اینسترومنتز یک مدار نسبتاً پیچیده است.

بیایید به "نیمه پایین" آن نگاه کنیم. سیگنال اطلاعات به مدارهای RC تغذیه می شود که از آنها پالس های کوتاه در امتداد لبه جلو و لبه سقوط سیگنال ورودی گرفته می شود و سیگنال از این پالس ها بازسازی می شود. این روش عبور از یک مانع خازنی برای سیگنال های آهسته تغییر (فرکانس پایین) مناسب نیست. سازنده این مشکل را با تکرار کانال ها حل می کند - "نیمه پایین" مدار یک کانال با فرکانس بالا است و برای سیگنال های 100 کیلوبیت بر ثانیه در نظر گرفته شده است. سیگنال های زیر 100 کیلوبیت در ثانیه در "نیمه بالایی" مدار پردازش می شوند. سیگنال ورودی قبل از pWM با یک بزرگ مدوله شده است فرکانس ساعت، سیگنال مدوله شده به مانع عایق تغذیه می شود، سیگنال با استفاده از پالس های مدارهای RC بازیابی می شود و متعاقبا دمودوله می شود. مدار تصمیم گیری در خروجی کانال ایزوله "تصمیم می گیرد" که از کدام "نصف" سیگنال باید به خروجی ریزمدار ارسال شود.

همانطور که در نمودار کانال ایزولاتور تگزاس اینسترومنت، هم در فرکانس پایین و هم در داخل دیده می شود کانال های فرکانس بالاانتقال سیگنال دیفرانسیل استفاده می شود. اجازه دهید ماهیت آن را به خواننده یادآوری کنم.

انتقال دیفرانسیل ساده و راه موثرمحافظت در برابر تداخل حالت رایج سیگنال ورودی در سمت فرستنده به دو سیگنال V+ و V-، معکوس با یکدیگر تقسیم می شود، که به طور مساوی تحت تأثیر تداخل حالت مشترک با طبیعت های مختلف قرار می گیرند. گیرنده سیگنال ها را کم می کند و در نتیجه تداخل Vsp حذف می شود.

انتقال دیفرانسیل نیز در جداکننده‌های دیجیتال آزمایشگاه‌های سیلیکون استفاده می‌شود. این ریز مدارها ساختار ساده تر و قابل اعتمادتری دارند. برای عبور از مانع خازنی، سیگنال ورودی تحت مدولاسیون OOK فرکانس بالا (On-Off Keyring) قرار می گیرد. به عبارت دیگر، یک "یک" از یک سیگنال اطلاعاتی با وجود یک سیگنال فرکانس بالا، و "صفر" با عدم وجود یک سیگنال با فرکانس بالا رمزگذاری می شود. سیگنال مدوله شده بدون اعوجاج از یک جفت خازن عبور می کند و در سمت فرستنده بازیابی می شود.