Гальваническая развязка является неотъемлемым элементом многих приложений, особенно в области промышленной автоматизации, телекоммуникаций и энергосистем. В обычном использовании в настоящее время существует два типа схем, которые позволяют реализовать это решение — оптоизоляторы и цифровые изоляторы. Стоит взглянуть на основные функции каждого из этих типов устройств, а также ознакомиться с различиями между ними.

Сравнение свойств оптоизоляторов и цифровых изоляторов

Использование гальванической развязки позволяет защитить устройство и его пользователей от воздействия высокого напряжения, эффективно подключить цепи с большой разницей массовых потенциалов и уменьшить распространение помех в системе. Изоляторы — это системы, которые предотвращают прямой поток электрического тока между цепями, в то же время позволяя проходить потоку энергии и информации (сигнала).

Оптоизоляторы

Гальваническая развязка с использованием оптической связи является решением, известным с 1960-х годов. Первоначально оно было реализовано с помощью миниатюрных ламп и фоторезисторов, которые в настоящее время основаны главным образом на светодиодных диодах в качестве источников света и различных типах фотоприемников, таких как фотодиоды, фототранзисторы или триаки, в качестве приемников.

Общий принцип работы оптоизолатора показан на рисунке 1 — изменение интенсивности тока, протекающего через светодиод, вызывает изменение интенсивности пучка света, излучаемого на фотоприемнике, и, следовательно, изменение электрических свойств этого элемента, например, сопротивления.

Оптоизоляторы подходят как для изоляции фиксированных сигналов, так и для низких и средних частот. До разработки цифровых изоляторов они были наиболее распространенным и, по сути, единственным доступным решением, используемым в электронных системах малой и средней мощности.

Одним из основных недостатков оптоизоляторов является заметное ухудшение параметров устройства с течением времени, то есть проблема старения элемента. С возрастом эффективность светодиода ухудшается, т.е. количество испускаемых им фотонов уменьшается (интенсивность светового луча) при одинаковом значении тока, протекающего через разъем pn.

Это отрицательно влияет на долговременную стабильность цепи, особенно в случае высокой температуры окружающей среды. Можно частично уменьшить этот эффект, в том числе путем сокращения срока службы устройства или уменьшения значения входного тока. Оптоизоляторы также характеризуются довольно длительным временем переключения, что делает их непригодными в случае быстрой развязки сигнала со скоростью передачи более 1 Мбит / с.

Цифровые изоляторы

Цифровые изоляторы для передачи сигнала через изолирующий барьер, в зависимости от типа системы, магнитной или емкостной связи. Основные преимущества этого типа устройств включают более высокую максимальную рабочую частоту, энергоэффективность, меньшие габариты и способность работать при более высоких температурах, чем в случае оптоизоляторов.

Отрасли, в которых цифровые изоляторы особенно стремятся использовать, включают телекоммуникации и автомобили. Их популярность в телекоммуникациях обусловлена, в основном, возможностью изоляции быстро меняющихся сигналов, в то время как в автомобильной промышленности это главным образом касается транспортных средств с электрическим или гибридным приводом. Батареи с высоким номинальным напряжением (порядка 200-400 В), используемые в транспортных средствах этого типа, требуют гальванической развязки отдельных цепей транспортных средств, в том числе обеспечить безопасность пользователя.

Хотя замена оптоизоляторов на цифровые изоляторы обычно позволяет уменьшить размер системы, а также повысить ее энергоэффективность, оптоизоляторы по-прежнему очень популярны среди дизайнеров и конструкторов. Несомненно, они характеризуются большей устойчивостью к электромагнитным помехам, а также более низким уровням излучения таких помех, чем цифровые изоляторы. В таблице 1 представлен краткий обзор наиболее важных свойств обоих типов изоляторов, с особым акцентом на различия между ними.

ВЫВОД

Современные тенденции рынка указывают на растущий интерес к цифровым изоляторам как альтернативе оптоизоляторам. Это связано с лучшими свойствами цифровых изоляторов в таких аспектах, как скорость переключения, энергоэффективность и размер.

Некоторые конструкторы, вероятно, все еще используют оптоизоляторы в основном из-за своих привычек, поскольку эти системы присутствуют на рынке уже несколько десятилетий, поэтому они могут показаться более надежным и безопасным решением. Это убеждение, однако, не оправдано фактами, потому что оба типа устройств имеют одинаковый уровень безопасности.

Оставить комментарий