На первый взгляд кажется, что подключить управляющую электронику к мощным силовым цепям - задача простая.
Однако без специальных мер защиты хрупкие микросхемы мгновенно выйдут из строя от высоких напряжений и помех.
Здесь в игру вступают специальные методы развязки - целый арсенал технических решений, позволяющих сигналам преодолевать "опасную зону" между слаботочной и силовой частями системы.
Гальваническая развязка
Сердцем любой системы развязки является гальваническая изоляция, которая разрывает электрическую связь между цепями, сохраняя при этом передачу информации.
Современные оптроны используют световые импульсы для передачи сигналов через прозрачный диэлектрический барьер - фототранзистор принимает "сообщения" от светодиода, будучи полностью изолированным электрически.
Более совершенные трансформаторные развязки передают сигналы через магнитное поле миниатюрных импульсных трансформаторов, что особенно эффективно для высокочастотных систем.
Цифровая изоляция
В современных цифровых системах управления появился новый класс устройств - цифровые изоляторы на основе микропреобразователей.
Эти миниатюрные чипы используют высокочастотные электромагнитные импульсы или емкостную связь через диэлектрик для передачи данных со скоростью до 150 Мбит/с.
Их главное преимущество - компактность и отсутствие старения, характерного для оптронов. Такие решения незаменимы в частотных преобразователях и системах управления мощными инверторами.
Аналоговые сигналы
Передача аналоговых сигналов через барьер изоляции требует особых подходов.
Здесь применяют преобразование измеряемой величины в частоту или длительность импульсов (широтно-импульсная модуляция).
Современные изолирующие усилители сочетают точность операционных усилителей с надежной гальванической развязкой, позволяя передавать сигналы с точностью до 0,1%. Особые требования предъявляются к развязке датчиков тока, где используются как трансформаторные, так и холловские технологии.
Питание изолированных цепей
Отдельная задача - обеспечение питания изолированной электроники. Для этого применяют миниатюрные трансформаторные преобразователи, импульсные стабилизаторы с трансформаторной обратной связью или даже емкостные системы передачи энергии.
Современные DC/DC-преобразователи в корпусах размером с монету обеспечивают до 2 Вт изолированной мощности с КПД до 90%, питая целые изолированные узлы управления.
Защита от помех: невидимая оборона
Даже при наличии гальванической развязки мощные электромагнитные помехи от силовых цепей могут нарушать работу электроники.
Здесь вступают в действие экранирование, ферритовые фильтры, специальные топологии печатных плат с разделением земель.
Особое внимание уделяется подавлению синфазных помех - специальные барьерные конденсаторы и симметричные линии передачи помогают "отсекать" нежелательные наводки.
Каталог из 50+ инженерных и технических курсов для электриков, программистов и дизайнеров
А что вы думаете по этому поводу?
Эта статья написана в рамках марафона 365 статей за 365 дней
Андрей Повный, редактор сайта Школа для электрика
Подписывайтесь на образовательный канал в Telegram: Мир электричества
