Для инженера-разработчика самой желанной бумагой в его работе является подписанное и утвержденное ТЗ. Техническое задание (ТЗ)- это и спасательный круг и индульгенция на случай нештатных ситуаций. Эта бумага заменяет не меньше метра гомогенной брони с задней проекции любого инженера-разработчика если количество утвержденных и подписанных ТЗ больше или равно количеству разработанных изделий. Если же нет - то здоровый сон и спокойная жизнь такому инженеру не гарантированы. Но это лирическое отступление.
А темой сегодняшней статьи будет гальваническая изоляция. Наряду с заземлением играет решающую роль в надежности оборудования. В приборостроении под изоляцией понимается отделение контуров токов в цепи друг от друга. Т.е. обеспечение целостности структуры цепи в определенном диапазоне условий эксплуатации оборудования. Это не только пресловутая защитная изоляция проводов, но и изоляция участков цепей и сигналов в платах друг от друга. Важным параметром гальванической изоляции является ее электрическое сопротивление измеренное в мегаомах и максимально допустимое падение напряжение на границах изолированного участка в киловольтах. Ключевым параметром гальванической изоляции является предельная мощность сигнала, который можно передать через границу этой гальванической изоляции и проходная емкость такой изоляции. Проходная емкость будет определять то как может просачиваться переменный ток через изолирующий барьер, а сопротивление изоляции определяет то как изоляция препятствует изменению потенциала изолированного участка под воздействием потенциалов вне этого участка. И проходная емкость и сопротивление определяют надежность выполнения такой изоляцией своих свойств. Обычно разработчики стараются минимизировать проходную емкость и максимизировать сопротивление изолирующего барьера.
Зачем это необходимо? Рассмотрим типичный пример. Подключение к некоему оборудованию, питаемому от сети другого оборудования, тоже питаемого от сети:
Как видно из схемы выше, подключаемые приборы объединенные линией связи и включенные в свои розетки, образуют конденсаторный мост переменного тока. В такой схеме межкорпусной ток отсутствует только в идеальном случае, т.е. никогда.
Особенно губителен случай когда в одной или в обеих розетках не используется проводник защитного заземления. А если еще при этом межприборная линия связи только планируется к подключению...
В общем, в таком случае оператор сразу поймет что что-то не так и без приборов по искрению и неприятному зуду в руках при подключении. В такой схеме межкорпусной потенциал может составить те самые действующие 220В переменки. Что будет со схемой формирователя на линии связи в этом случае лучше даже не думать. Но эффект сравним с постоянно бьющими статическими разрядами.
Для исключения указанных нежелательных эффектов вводится контур плавающего потенциала изолированный от корпуса прибора, и линия связи между приборами подключается через этот контур. Для организации такого контура необходимо обеспечить гальванически изолированное от корпуса прибора питание этого контура и обеспечить передачу гальванически изолированных сигналов в этот контур. Такое схемное решение называется гальванически изолированным интерфейсом.
Существует множество способов реализации гальванической изоляции в приборостроении:
- Оптоэлектронная. В такой изоляции используется сборка в одном корпусе фотодиода и фотоприемника на базе фототранзистора или сборки из фотодиода и микросхемы - выходного формирователя сигнала (оптрон). Такой тип используется для скоростной передачи изолированных сигналов малой мощности;
- Магнитная. Самая распостраненная изоляция на трансформаторах. Широко используется в компьютерных сетях Ethernet. Позволяет легко масштабировать передаваемую мощность. Есть магнитная изоляция даже в виде микросхем. Используется также для передачи питания в изолированный контур;
- Емкостная. Используется редко. Позволяет передавать за изолирующий барьер только небольшую мощность. Используется, в основном, для передачи сигналов. Есть реализации в виде микросхем;
- Оптоволоконная. Не позволяет передавать большую мощность, но очень широко используется в масштабных промышленных системах. Обладает самой большой пропускной способностью по объему передаваемой информации. Выручает там где есть возможность больших межкорпусные потенциалов и токов.
Изоляция это хорошо, но слишком хорошая изоляция это и плохо!(в технике доминирует диалектика). Дело в том, что при слишком большом сопротивлении изолирующего барьера на нем, как на конденсаторе, может накапливаться очень большой потенциал, который может превысить его предельное рабочее напряжение. (Это как ядовитая рыбка-кузовок, которая сама может страдать от своего яда). И тогда устройство может долго и счастливо работать месяц, два, ....а потом внезапно выйти из строя по причине превышения предельного напряжения изоляции на слишком хорошо изолированном барьере. Для решения этой проблемы изоляция нормируется внешним высокоомным резистором на общую землю или корпус прибора для исключения накопления заряда на изолированной части.
Параметры гальванически изолированных частей как и параметры заземления обязательно описываются в ТЗ на изделие для того, чтобы инженер-разработчик мог жить долго и счастливо...
Гальваническая изоляция в приборостроении - это очень важно!
Продолжение следует...
Технознание. Защита от "Дурака" ч.1 | Записки радиоконструктора | Яндекс Дзен (yandex.ru)
Технознание. Защита от "Дурака" ч.3 | Записки радиоконструктора | Яндекс Дзен (yandex.ru)
Технознание. Защита от "Дурака" ч.4 | Записки радиоконструктора | Яндекс Дзен (yandex.ru)
Технознание. Эффект массовости. | Записки радиоконструктора | Яндекс Дзен (yandex.ru)