reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© arkadiusz weglewski dreamstime.com Technologie | 06 wrze┼Ťnia 2018

Wzmacniacze izolacyjne – co to i po co to?

Pomiary sygna┼é├│w o amplitudzie kilku mV mog─ů by─ç trudne, je┼Ťli pracujemy w s─ůsiedztwie napi─Ö─ç si─Ögaj─ůcych kilkuset wolt├│w. Sytuacja taka mo┼╝e wp┼éywa─ç negatywnie na dzia┼éanie uk┼éadu pomiarowego, a nawet przyczyni─ç si─Ö do jego uszkodzenia.
Projektanci cz─Östo musz─ů si─Ö mierzy─ç z wyzwaniem, jakim jest pomiar sygna┼é├│w niskonapi─Öciowych, w towarzystwie napi─Ö─ç wysokich. Jest to szczeg├│lnie cz─Öste w takich aplikacjach jak: systemy zasilaj─ůce lub uk┼éady sterowania silnikami. Problemem staje si─Ö te┼╝ cz─Östo wsp├│lne uziemienie.

Rozwi─ůzaniem mog─ů by─ç wzmacniacze izolacyjne oraz ich umiej─Ötne wykorzystywanie. Wzmacniacze takie zapewniaj─ů izolacj─Ö galwaniczn─ů, rozdzielaj─ůc wej┼Ťcie od wyj┼Ťcia. Dzi─Öki temu przesy┼éany jest jedynie istotny sygna┼é, a problem napi─Ö─ç wsp├│lnych jest wyeliminowany.

W przypadku system├│w monitoruj─ůcych, opartych na r├│┼╝nego rodzaju sensorach, zapewniaj─ů te┼╝ odpowiedni─ů separacj─Ö uziemienia, pomi─Ödzy elementami pomiarowymi, eliminuj─ůc p─Ötle uziemienia. S─ů cz─Östo stosowane w takich aplikacjach, jak wspomniane wy┼╝ej systemy zasilania lub sterowania, ale tak┼╝e w zdalnym pomiarze napi─Ö─ç, pomiarowych urz─ůdzeniach biomedycznych, w akwizycji danych, itp.

W tym artykule postaramy si─Ö przybli┼╝y─ç Pa┼ästwu czym s─ů wzmacniacze izolowane i jak mo┼╝na je efektywnie wykorzysta─ç. Pos┼éu┼╝ymy si─Ö tu przytoczonym przyk┼éadem aplikacji, w kt├│rych tego typu elementy mog┼éyby si─Ö odnale┼║─ç.

Zasilanie
Nowoczesne system zasilaj─ůce, podobnie jak systemy sterowania silnikami, wymagaj─ů wykonywania pomiaru i operowania na ma┼éych sygna┼éach, co dzieje si─Ö w towarzystwie napi─Ö─ç du┼╝o wy┼╝szych. Jak mo┼╝na zmierzy─ç nat─Ö┼╝enie pr─ůdu p┼éyn─ůcego przez prze┼é─ůcznik FET, kt├│ry operuje na napi─Öciu si─Ögaj─ůcym 300 V?



Najcz─Ö┼Ťciej sytuacja przedstawia si─Ö tak jak na powy┼╝szym rysunku w cz─Ö┼Ťci ÔÇ×a” (w uproszczonej rzecz jasna formie, dla czytelno┼Ťci). Moc jest kontrolowana poprzez szeroko┼Ť─ç impulsu, kt├│ry steruje prac─ů kluczy. Napi─Öcie zasilaj─ůce ma wielko┼Ť─ç kilku setek wolt├│w, za┼Ť napi─Öcie mierzone na boczniku rz─Ödu mV. Przy┼éo┼╝enie tego napi─Öcia do uziemionych instrument├│w lub wzmacniaczy pomiarowych prawdopodobnie skutkowa─ç b─Ödzie przekroczeniem limitu dla napi─Ö─ç wsp├│lnych (ÔÇ×common mode voltage”), co sko┼äczy─ç si─Ö mo┼╝e uszkodzeniem uk┼éadu.

Drug─ů kwesti─ů pozostaje pytanie, jak mo┼╝na odizolowa─ç komponenty i uk┼éady od problemu p─Ötli uziemienia (cz─Ö┼Ť─ç ÔÇ×b” na powy┼╝szym rysunku). Sygna┼é ┼é─ůczy si─Ö od nadajnika do odbiornika poprzez kabel koncentryczny. Prady uziemiaj─ůce z innych obwod├│w mog─ů znale┼║─ç drog─Ö powrotn─ů poprzez ekranowanie kabla, ┼é─ůcz─ůc─ů oba punkty uziemiaj─ůce. To mo┼╝e powodowa─ç powstawanie napi─Öcia, a przez impedancj─Ö ekranu, poziomy napi─Ö─ç uziemiaj─ůcych mog─ů by─ç r├│┼╝ne. To z kolei przyczyni si─Ö do powstawania b┼é─Öd├│w w odczycie w odbiorniku.

W obu tych przypadkach wa┼╝ne jest wi─Öc, by odizolowa─ç odpowiednio sygna┼éy nas interesuj─ůce od pozosta┼éych element├│w aplikacji. Rozwi─ůzaniem stanowi─ů w┼éa┼Ťnie wzmacniacze izoluj─ůce, zapewniaj─ůc odpowiedni─ů izolacj─Ö galwaniczn─ů, w spos├│b kompleksowy.

Jak to działa?
Wzmacniacz izoluj─ůcy to wzmacniacz, kt├│ry posiada wbudowany element zapewniaj─ůcy odpowiedni─ů izolacj─Ö galwaniczn─ů pomi─Ödzy wej┼Ťciem, a wyj┼Ťciem. Oznacza to, ┼╝e w ┼╝adnym miejscu nie ma bezpo┼Ťredniej ┼Ťcie┼╝ki przewodz─ůcej, pomi─Ödzy tym co podajemy na wej┼Ťciu, a co dostajemy na wyj┼Ťciu.

Tego typu uk┼éady cechuje ekstremalnie ma┼éy pr─ůd up┼éywno┼Ťciowy, jak r├│wnie┼╝ bardzo wysoka warto┼Ť─ç przebicia. Stopie┼ä wej┼Ťciowy jest wzmacniaczem r├│┼╝nicowym, kt├│ry t┼éumi napi─Öcia wsp├│lne. Jest to wynikiem min. tego, ┼╝e jest on elementem p┼éywaj─ůcy, tzn nie jest do niczego podpi─Öty, wliczaj─ůc w to referencj─Ö do uziemienia.

Pojemno┼Ť─ç wzajemna pomi─Ödzy sekcjami jest zminimalizowana dzi─Öki przemy┼Ťlanemu projektowi ca┼éej konstrukcji. Izolacja jest zapewniona poprzez jedno z trzech po┼é─ůcze┼ä: indukcyjne (transformator), optyczne lub pojemno┼Ťciowe.



Normalnie metody te blokuj─ů sygna┼éy sta┼ée. Jednak dzi─Öki mechanizmowi modulacji sygna┼éu, transmitowaniu go poprzez t─ů barier─Ö izolacyjn─ů, a nast─Öpnie demodulacj─Ö po stronie wyj┼Ťciowej, sygna┼éy przechodz─ů bez problemu w odpowiedniej formie. Ca┼éo┼Ť─ç dope┼énia system izolowanych ┼║r├│de┼é zasilania.

Przykład?
Jest na rynku kilka wartych uwagi wzmacniaczu indukcyjnych. Jednym z nich jest uk┼éad AMC1301 od Texas Instruments. Producent udost─Öpnia te┼╝ przyk┼éad w formie projektu referencyjnego w symulacji TINA-TI (darmowym symulatorze uk┼éad├│w elektronicznych). Mo┼╝na zobaczy─ç wirtualnie jak sprawnie dzia┼éa ten uk┼éad, przy napi─Öciu wsp├│lnym si─Ögaj─ůcym 500 V, przy sygnale wej┼Ťciowym wynosz─ůcym zaledwie 200 mV. Na wyj┼Ťciu otrzymujemy 1.6 V na obci─ů┼╝eniu 10 k╬ę.

Symulacja pokazuje si┼é─Ö wzmacniaczy izoluj─ůcych, ca┼ékowicie eliminuj─ůc offset napi─Öcia wsp├│lnego, wynosz─ůcego w tym przypadku 500 V. Wzmacniacze takie mog─ů by─ç wykorzystywane tak┼╝e do ┼éamania p─Ötli uziemienia.

S─ů to wi─Öc przydatne narz─Ödzia, pozwalaj─ůce na sprostanie problemom pomiaru sygna┼é├│w niskonapi─Öciowych w towarzystwie tych bardzo wysokich oraz radzeniu sobie z p─Ötlami uziemienia.

Artyku┼é opublikowano dzieki uprzejmo┼Ťci ┬ę DigiKey
reklama
reklama
Załaduj więcej newsów
January 17 2019 14:20 V11.11.0-1