- Jenis Pengasingan Galvanik
- Pengasingan Isyarat
- Pengasingan Tahap Kuasa
- Kapasitor sebagai Pengasing
- Pengasingan galvanik - Aplikasi
- Contoh praktikal pengasingan Galvanik
Rata-rata ketuhar gelombang mikro isi rumah yang beroperasi pada 110 / 220V AC boleh menghasilkan sehingga 2800V di dalamnya, yang berbahaya. Selain itu ia juga mempunyai voltan AC tahap rendah sekitar 3,5V untuk menerangi filamen dan voltan DC yang diatur seperti 5V / 3.3V untuk bahagian elektronik digital seperti paparan atau pemasa untuk beroperasi. Pernahkah anda terfikir apa yang menghalang voltan tinggi ini menjangkau jari anda melalui butang atau selongsong semasa anda menyentuh ketuhar? Jawapan untuk soalan anda adalah "pengasingan". Semasa merancang produk elektronik yang melibatkan lebih daripada satu jenis isyarat atau lebih daripada satu voltan operasi, pengasingan digunakan untuk mengelakkan satu isyarat merosakkan yang lain. Ia juga memainkan peranan penting dalam keselamatan dengan mencegah keadaan kerosakan pada produk yang diperingkat industri. Pengasingan ini secara umum disebut sebagai pengasingan Galvanik. Mengapa istilah "Galvanic"? Ini kerana galvanik mewakili arus yang dihasilkan oleh sejenis tindakan kimia, dan kerana kita mengasingkan arus ini dengan memutuskan hubungan konduktor, ia dipanggil sebagai Pengasingan Galvanik.
Terdapat beberapa jenis teknik pengasingan galvanik dan memilih yang tepat bergantung pada jenis pengasingan, dengan kapasiti, keperluan aplikasi dan jelas, faktor kos juga terlibat. Dalam artikel ini kita akan belajar mengenai pelbagai jenis pengasingan, bagaimana ia berfungsi dan di mana menggunakannya dalam reka bentuk kita.
Jenis Pengasingan Galvanik
- Pengasingan Isyarat
- Pengasingan Tahap Kuasa
- Kapasitor sebagai Pengasing
Pengasingan Isyarat
Pengasingan tahap isyarat diperlukan di mana dua litar yang berlainan sifat saling berkomunikasi menggunakan beberapa jenis isyarat. Sebagai contoh, dua litar menggunakan sumber kuasa bebas dan beroperasi pada tahap voltan yang berbeza. Dalam kes seperti itu, untuk mengasingkan tanah individu dari dua sumber kuasa bebas dan untuk berkomunikasi antara kedua litar tersebut, pengasingan tahap isyarat diperlukan.
Pengasingan isyarat dilakukan dengan menggunakan pelbagai jenis pengasing. Pengasing optik dan elektromagnetik digunakan terutamanya untuk tujuan pengasingan isyarat. Kedua-dua pengasing ini melindungi sumber tanah yang berbeza daripada digabungkan. Setiap Isolator mempunyai prinsip dan aplikasi operasi tersendiri yang dibincangkan di bawah.
1. Pengasing optik
Pengasing optik menggunakan lampu untuk berkomunikasi antara dua litar bebas. Biasanya, isolator optik aka Optocoupler mempunyai dua komponen di dalam cip silikon tunggal, diod pemancar cahaya, dan fototransistor. LED dikendalikan oleh litar satu dan sisi transistor disambungkan dengan litar yang lain. Oleh itu, LED dan transistor tidak disambungkan secara elektrik. Komunikasi hanya dilakukan oleh lampu, secara optik.
Pertimbangkan gambar di atas. Optoisolator PC817 yang popular mengasingkan dua litar bebas. Litar 1 adalah sumber kuasa dengan suis, litar 2 adalah output tahap logik yang dihubungkan dengan bekalan 5V yang berbeza. Keadaan logik dikawal oleh litar kiri. Semasa suis ditutup, LED di dalam optocoupler menyala dan menghidupkan transistor. Keadaan logik akan diubah dari Tinggi ke Rendah.
Litar 1 dan litar 2 diasingkan menggunakan litar di atas. Pengasingan galvanik sangat berguna untuk litar di atas. Terdapat beberapa keadaan di mana kebisingan tanah berpotensi tinggi disebabkan oleh tanah berpotensi rendah dan membuat gelung tanah yang selanjutnya bertanggungjawab untuk pengukuran yang tidak tepat. Sama dengan PC817 terdapat banyak jenis Optocoupler untuk keperluan aplikasi yang berbeza.
2. Pengasing Elektromagnetik
Optoisolator berguna untuk pengasingan isyarat DC, tetapi pengasing elektromagnetik seperti transformer isyarat kecil berguna untuk pengasingan isyarat AC. Transformer seperti pengubah audio mempunyai sisi primer dan sekundernya terpencil yang boleh digunakan untuk pengasingan isyarat audio yang berbeza. Penggunaan lain yang paling biasa adalah dalam perkakasan rangkaian atau bahagian Ethernet. Transformer nadi digunakan untuk mengasingkan pendawaian luaran dengan perkakasan dalaman. Malah talian telefon digunakan pengasing isyarat berasaskan transformer. Tetapi, kerana pengubah diasingkan secara elektromagnet, ia hanya berfungsi dengan AC.
Gambar di atas adalah skema dalaman jack RJ45 dengan transformer nadi bersepadu untuk mengasingkan bahagian MCU dengan Output.
Pengasingan Tahap Kuasa
Pengasingan tahap kuasa diperlukan untuk mengasingkan peranti sensitif kuasa rendah dari talian berisik kuasa tinggi atau sebaliknya. Juga, pengasingan tahap kuasa memberikan keselamatan yang tepat dari voltan saluran berbahaya dengan mengasingkan talian voltan tinggi dari pengendali dan bahagian lain sistem.
1. Transformer
Pengasing tahap kuasa yang popular sekali lagi adalah Transformer. Terdapat banyak aplikasi untuk transformer yang paling sering digunakan adalah menyediakan voltan rendah dari sumber voltan tinggi. Transformer tidak mempunyai hubungan antara primer dan sekunder tetapi boleh menurunkan voltan dari AC voltan tinggi ke AC voltan rendah tanpa kehilangan pengasingan galvanik.
Gambar di atas menunjukkan transformer step-down dalam tindakan di mana input sisi utama disambungkan ke soket dinding dan sekunder disambungkan melintasi beban resistif. A pengubah pengasingan yang betul mempunyai nisbah 1: 1-gilir dan tidak mengubah voltan atau tahap semasa di kedua-dua belah pihak. Tujuan tunggal pengubah pengasingan adalah untuk memberikan pengasingan.
2. geganti
Relay adalah alat pengasing yang popular dengan aplikasi besar dalam bidang elektronik dan elektrik. Terdapat banyak jenis geganti yang tersedia di pasaran elektronik bergantung pada aplikasinya. Jenis yang popular ialah relay Elektromagnetik dan relay keadaan pepejal.
Relay Elektromagnetik berfungsi dengan bahagian Bergerak Elektromagnetik dan Mekanik yang sering disebut sebagai tiang. Ia mengandungi elektromagnet yang menggerakkan tiang dan menyelesaikan litar. Relay menimbulkan pengasingan apabila litar voltan tinggi perlu dikawal dari litar voltan rendah atau sebaliknya. Dalam keadaan seperti itu, kedua-dua litar terpencil tetapi satu litar dapat memberi tenaga kepada geganti untuk mengawal yang lain.
Dalam gambar di atas, dua litar bebas elektrik antara satu sama lain. Tetapi dengan menggunakan suis pada Litar-1, pengguna dapat mengawal keadaan beban pada litar 2. Ketahui lebih lanjut mengenai bagaimana geganti dapat digunakan dalam Litar.
Tidak banyak perbezaan antara Relay Solid State dan relay elektromekanik dari segi kerja. Relay keadaan pepejal berfungsi sama tetapi bahagian elektro-mekanikal diganti dengan diod terkawal optik. Pengasingan galvanik dapat dibina kerana tidak adanya hubungan langsung antara input dan output relay keadaan pepejal.
3. Sensor Kesan Dewan
Tidak perlu dikatakan bahawa pengukuran semasa adalah sebahagian daripada kejuruteraan Elektrik dan Elektronik. Terdapat pelbagai jenis kaedah penginderaan semasa yang ada. Selalunya pengukuran diperlukan untuk laluan arus tinggi dan voltan tinggi dan nilai yang dibaca harus dihantar ke litar voltan rendah yang merupakan bahagian litar pengukuran. Juga dari perspektif pengguna, pengukuran invasif adalah berbahaya dan mustahil untuk dilaksanakan. Sensor Hall Effect memberikan pengukuran arus tanpa sentuhan dengan tepat dan membantu mengukur arus yang mengalir melalui konduktor dengan cara yang tidak invasif. Ia memberikan pengasingan yang betul dan memastikan keselamatan dari elektrik berbahaya. Sensor Hall Effect menggunakan medan elektromagnetik yang dihasilkan melintasi konduktor untuk menganggarkan arus yang mengalir melaluinya.
Cincin inti disambungkan pada konduktor dengan cara yang tidak invasif dan ia diasingkan secara elektrik seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas.
Kapasitor sebagai Pengasing
Kaedah paling tidak popular untuk mengasingkan litar adalah dengan menggunakan kapasitor. Oleh kerana ketidakcekapan dan hasil kegagalan yang berbahaya, ini tidak lagi disukai, tetapi masih mengetahui ia mungkin berguna ketika anda ingin membina pengasing kasar. Kapasitor menyekat DC dan membenarkan penghantaran isyarat AC frekuensi tinggi. Oleh kerana sifat yang sangat baik ini, kapasitor digunakan sebagai pengasing dalam reka bentuk di mana arus DC dua litar perlu disekat tetapi masih membenarkan penghantaran data.
Gambar di atas menunjukkan kapasitor digunakan untuk tujuan pengasingan. Pemancar dan penerima keduanya diasingkan, tetapi komunikasi data dapat dilakukan.
Pengasingan galvanik - Aplikasi
Pengasingan galvanik sangat penting dan aplikasinya sangat besar. Ini adalah parameter penting dalam barangan pengguna dan juga di sektor Industri, Perubatan, dan komunikasi. Di pasaran elektronik industri, pengasingan galvanik diperlukan untuk sistem Pengagihan Tenaga, Penjana kuasa, sistem pengukuran, Pengawal motor, Peranti logik Input-Output, dll.
Dalam sektor perubatan, pengasingan adalah salah satu keutamaan utama peralatan kerana alat perubatan dapat dihubungkan secara langsung dengan tubuh pesakit. Peranti sedemikian adalah ECG, Endoskopi, Defibrilator, pelbagai jenis alat bayangan. Sistem komunikasi tahap pengguna juga menggunakan pengasingan galvanik. Salah satu contoh umum ialah Ethernet, Router, Switcher, Switch telefon, dan lain-lain. Barang pengguna biasa, seperti pengecas, SMPS, papan logik komputer adalah produk yang paling biasa yang menggunakan pengasingan galvanik.
Contoh praktikal pengasingan Galvanik
Litar di bawah adalah litar khas aplikasi IC- MAX14852 Full-duplex terisolasi secara galvanik (Untuk kelajuan komunikasi 500 kbps) atau MAX14854 (Untuk kelajuan komunikasi 25 Mbps) pada saluran komunikasi RS-485 dengan unit pengawal mikro. IC dihasilkan oleh syarikat pembuatan semikonduktor yang terkenal Maxim Integrated.
Contoh ini adalah salah satu contoh terbaik pengasingan galvanik pada peralatan industri. RS-485 adalah protokol komunikasi tradisional yang banyak digunakan dalam peralatan industri. Penggunaan RS-485 yang popular adalah menggunakan protokol MODBUS berbanding segmen TTL.
Katakan transformer AC voltan tinggi menyediakan data sensor yang dipasang di dalam Transformer melalui protokol RS-485. Seseorang perlu menyambungkan peranti PLC dengan port RS-485 untuk mendapatkan data dari pengubah. Tetapi masalahnya adalah dalam talian komunikasi langsung. PLC menggunakan tahap voltan yang sangat rendah dan sangat sensitif dengan ESD atau lonjakan yang tinggi. Sekiranya sambungan langsung digunakan, PLC boleh berisiko tinggi dan perlu diasingkan secara galvanis.
IC tersebut sangat berguna untuk melindungi PLC daripada ESD atau lonjakan.
Mengikut lembaran data, Kedua-dua IC mempunyai kapasiti tahan +/- 35kV ESD dan 2.75kVrms menahan voltan pengasingan hingga 60 saat. Bukan hanya ini, tetapi IC tersebut juga mengesahkan Voltan Kerja-pengasingan 445Vrms, menjadikannya isolator yang sesuai untuk digunakan dalam peralatan automasi industri.