Galvanic Isolation

ТУ – София, Филиал Пловдив ФЕА

По ЕЕП

Изготвил: Фак,гр:

Светла Райкова 605 289, 31а

Тема: Галванична изолация на аналогови сигнали.

Дата: 10.1.2010г. Проверил:

Пловдив доц.Динков

2

I. Оптично галванично разделение. 1. Общи сведения - оптрони.

Оптроните са устройства, които използват къс оптичен път за трансфер на

електрически сигнали между елементи от различни вериги, като в същото време

ги разделят електрически. Изолацията между входа и изхода е от порядъка на

7500 волтов пик за секунда.

Оптоизолацията се осъществява в чип съдържащ инфрачервен свето диод

/LED или друг вид елемент излъчващ светлинен сноп/ и фотодетектор /като:

фотодиод, фототрансистор, фотодарлингтън, фототриак и др/. Цифровите

оптоизолатори променят изхода си, когато получат промяна на входа, докато

аналоговите изолатори произвеждат изходен сигнал отговарящ на входния.

Най-често оптоизолаторите се състоят от LED и фототранзистор без

електрическа връзка между тях, така разположени че светлината от излъчвателя

да въздейства на приемника. Когато електри ески сигнал се пприложи на

входа на оптоизолатора, неговия LED заработва и осветява фототранзистора,

което води до генериране на електрически сигнал в изхудната верига. За разлика

от трансформаторите, оптроните провеждат DC сигнали и позволяват различна

степен на изолация както и свръх напреженови натоварвания от една верига към

дръга. По-добра скорост на предаване на сигнали може да се постигне с

Дарлингтън фототранзисторна двойка, на цената на по-ниска шумозащитетност

и закъснение на сигналите.

Ако се използва фотодиод за приемник, той може да работи в два режима:

фотоволтаичен и фотокондуктивен /фоторезисторен/. Във фотоволтаичен

режим диода се държи като източник на ток като изходният ток и напрежение

зависят от импеданса на товара и интензитета на светлината. Във

фотокондуктивен режим диода се връзва към източник на напрежение и

големината на тока е пропорционален на интензитета на светлината.

Видове оптоизолатори са показани на Фиг.1.

Оптоизолатори с междина или Slotted optoisolators са устройства с

междина между LED и фоточувствителния елемент, като между тях

се слага прозорче, което да може да се замъглява ръчно. Могат да се

изполават за засичане на обекти между предавателя и приемника.

3

Оптоизолатори с отразяване или Reflective optoisolators са

устройства като между LED и фоточувсвителния елемент има

преграда и светлината достига до приемника благодарение на

прозорче и огледало, отразяващо светлината от предавателя.

Анлоговите оптоизолатори често притежават два независими един от друг

фототранзистора, като единия от тях се използва за линеаризация на изходните

параметри чрез отрицателна обрана връзка /ООВ/.

2. Основни параметри. CTR – current transfer ration – ефективност;

Най-добрата ефективност се постига като се оеднаквят спектрите на

предавателя и приемника.

Viso – максималната потенциална разлика, която може да е

позволена между вход/изход. Варира от 500Vдо 10kV.

Vce(max) – максималното постояннотоково напрежение, което може да

се приложи на изходния транзистор.

Честотна лента – представлява типичната честота на сигнала в kHz,

който може да премина през устройсвото в нормален режим на

работа. За схеми с светодиод и фототранзистор е (20-50k)Hz. За схеми

дарлингтън е (20-30k)Hz.

Време за реакция – времето на качващия фронт към времето на

падащия фронт (trise/tfall), обикновено е (2-5)us.

4

3. ИС на оптрони.

На Фиг.2 са показани основни интегрални схеми на оптрони или так.нар.

Optocouplers.

ИС 4N25/6/7/8 е разпространена, както в 6-пинов корпус така и в 4-пинов

корпус. Чипът има излъчвател LED и приемник фототранзистор. Фирмите, които

произвеждат чипа и основните му характеристики са дадени в Таблица.1.

ИС 4N30/1/2/3 е рапространена в 6-пинов корпус. Представлява

предавател LED и приемник два фототранзистора вързани в схема Дарлингтън.

Този тип схема има по-голямо усилване по ток, по-висок входен импеданс и по-

висока изходна мощност. В Таблица.2 са представени фирми производители и

характеристики на интегралните схеми.

ИС MOC3020/1 е с излъчвател LED и приемник триак. Електрическите му

характеристики и фирми производители могет да се видят в Таблица.3. Най-често

се използва като интерфейс между електронни управления активни/индуктивни

товари за приложения от порядъка на 240VAC.

5

4N25 Viso[VRMS] IF[mA] VF[V] IC[mA] Pраз[mW] VR[V] Riso[ohm]

Agilend 2500 80 1,5 за 10mA 100 250 6 1 x 1011 Fairchild 5300 До 100 1,5 за 10mA 2 250 6 1 x 1011

LiteON 2500 80 1,5 за 10mA 100 250 6 1 x 1011 Panasonic 50 1,4 за 20mA 20 150 6 1 x 1011

Sharp 3750 50 1,4 за 20mA 50 170 6 1 x 1011 Vishay 5300 60 1,5 за 30mA 50-100 250 6 1 x 1012

QT 5300 80 1,5 за 10mA 5 250 6 1 x 1011 Таблица.1


Everlight 5000 50 1,4 за 20mA 80 200 6 5 x 1011 Motorola 7500VACpk 60 1,5 за 10mA 150 250 3 1 x 1011

Simens 5300 60 1,5 за 50mA 125 250 3 1 x 1012 Fairchild 5300 80 1,5 за 10mA 150 250 3 1 x 1011 Toshiba 2500 80 1,5 за 10mA 50 250 3 1 x 1011

Sharp 2500 80 1,5 за 10mA 100 250 3 5 x 1011 QT 5300 80 1,5 за 10mA 150 150 3 1 x 1011


Agilend 5000 12 1,7 за 1,6mA 60 100 5 1 x 1012 Vishay 5300 25 1,7 за 1,6mA 60 135 5 1 x 1012

Таблица.2

MOC3020 Viso[VRMS] IF[mA] VF[V] IC[mA] Pраз[mW] VR[V] Riso[ohm]

Motorola 7500VACpk 60 1,5 за 10mA 60 300 3 1 x 1011 QT 5300 50 1,5 за 10mA 30 300 3 1 x 1011

Fairchild 7500VACpk 60 1,5 за 10mA 30 330 3 1 x 1011 Таблица.3

4. Линейни Изолатори – LOC110/111/112.

ИС LOC110 /Фиг.3/ представлява изолатор с един излъчвател LED и два

фототранзистора. Единият фототранзистор се използва за ОВ към входа на

оптоизолатора за генериране на контролен сигнал, който да коригира подавания

ток на LED и да намали нелинейноста във времето. Другият фототразистор се

използва за изход от оптоизолатора и генерира изходния сигнал.

6

ИС притежава широка честотна лента,

висока изолация вход/изход и отлична

линейност. В Таблица.4 са представени

характеристики на чипа.

LOC110 Viso[VRMS] IF[mA] VF[V] IC[mA] Pраз[mW] VR[V] Riso[ohm]

Clear 3750 100 1,4 за 10mA 500 5 1 x 1011 Таблица.4

Интегралната схема може да работи във фотоволтаичен /Фиг.6/ и

фотокондуктивен /Фиг.4/ режим.

Фотокондуктивен режим – с увеличаването на Vin, изхода на

входния операционен усилвател се увеличава до Vcc. С

увеличаването на изхода на операционния усилвател се увеличава и

тока IF, течащ към LED.

Светодиода се отпушва и осветява базите на двата фототранзистора.

Приемника вързан към входа на оптоизолатора се поотпушва и

започва да протича ток I1 към резистор R1 и ще се образува

потенциал Va на инвентиращия вход на операционния усилвател,

такъв че изхода му да се стреми към маса. Когато напрежението Va се

7

изравни с Vin, токът ще престане да нараства и ще се установи

постоянен режим на работа.

Приемника вързан към изхода на оптоизолатора също ще генерира

изходен ток I2 още при осветяването на базата на фототранзистора.

Tокът I2 е пропорционален на интензитета на LED и следи I1.

Изходното напрежение:

Vout=I2*R2 . Усилвателят ще

произведе напрежение от 4V,

когато входа му достигне 2V. От

Фиг.5 се вижда, че изходното

напрежение е право

пропорционално на R2/R1.

Фотокондуктивният режим позволява честотна лента до 200kHz. Този

режим притежава доббра линейност и е сравним с 8битов ЦАП с

±1бит линейна грешка.

Фотоволтаичен режим - във този режим фототранзисторите

работят като източници на ток. Тъй като всички фотогенератори

показват нелинейност на изходното напрежението, потдържането

на 0V на

фототранзисторите би премахнало този ефект и би подобрило

линейноста. Ако фототранзистора е свързан към малко

съпротивление R1, изходния ток линейно ще се увеличава със

светлинният поток от LED. За да се постигне това фототранзисторите

се свързват към изходите на операционни усилватели.

8

С увеличаването на Vin потокът през LED ще нараства, базата на

приемника се осветява и с това той се поотпушва като започва да тече

ток I1 през R1 и инвентиращият вход на входния операционен

усилвател. Този спомагателен фототок е линеен и пропорционален

на Vin: I1=Vin/R1, като потдържа неинвентиращият вход на

операционният усилвател равен на 0V.

LED осветява и базата на изходният фототранзистор като го

поотпушва и започва да протича ток I2 през инвентиращият вход на

изходният операционен усилвател. Започва да тече ток и от изхода

на операционият усилвател I2’ през ООВ като се стреми да се

изравни с I2. Тогава изходното напрежение: Vout=I2’*R2=I2*R2.

Тогава във фотоволтаичен режим: 𝑉𝑜𝑢𝑡

𝑉𝑖𝑛=

𝐼2𝑅2

𝐼1𝑅1→ 𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑖𝑛𝐾𝐼

𝑅2

𝑅1 , където

KI = I2/I1 .

Режимът позволява много добра линейност, нисък шум, като е

възможнода се постигне и 14битов ЦАП линейност. Честотната лента

е ограничена до 40kHz.

5. Специализирани приложения на LOC110/111/112/210. Схема на модем с LOC210/211 /Фиг.7/ – за схемното приложение е

използвана ИС LOC210, която представлява два диференциални

9

оптоизолатора в един чип.

Схемата може да се изпълни и с трансформатор, но предимството на

LOC210 са хармонични трептения на -87dB и нелинейност по малка

от 0,01%, напълно подходящ за високоскоростни модеми.

Единият изолатор се използва за предавател а другият за приемник.

Работи във фотоволатаичен режим за постигане на нисък шум и

линейност.

Тъй като модема е с променливотоков вход, предавателният му канал

прехвърля сигнали през С1. Резистор R5 отклонява входа на

усилвател за да може да се установи ток към LED. Транзистор Q2

осигорява управляващият ток за LED, с цел предотвратяване

натоварванто на изхода на операционния усилвател, което ще доведе

до хармочни шумове и нелинейност. Изхода на операционният

усилвател е съединен с C8 до базата на Q1. Q1 модулира токът за

телефонна линия като реакция на предаващата линия.

Сигналът при приемника преминава през R1 и C3 към входа на

изолиращия усилвател. Като операционният усилвател на

приемащата линия управлява входният LED на LOC чипа и се

захранва от телефонната линия. LOC съединява променливотоковия

сигнал, който преминава през С4 и отива към приемащият вход на

модема.

Изолацията на предавания от получавания сигнал се постига чрез

дефазация на 1800 през транзистор Q1. Резисторите R1 и R2 могат да

бъдат избрани така че да изключат предавания сигнал през тях.

Важно е да се съгласуват импедансите на модема и останалата част

от схемата с цел избягване на отразяване на сигнали с R4 и С5,като

тези два елемента се използват и за разделяне на захранването на

изолационният чип и сигналите през модема.

Целта на електронният индуктор е да снижи токът във веригата,

когато модемът е налиния, т.е. се използва телефонната линия.

Такава схема най-често се състои от транзистори Дарлингтън,

резисто и капацитет, който да осигури променливотоково изрязване.

Схемата трябва да съдържа и висок AC импеданс, такъв че да не се

10

нарушава целоста на сигнала по линията. Ценеровият диод се

използва за предпазване на транзисторите в схема Дарлингтън.

Ключов режим на захранвания с ИС LOC110/111/112 – друго

полезно приложение на ИС е в ОВ на захранващите модули

работещи в ключов режим /Фиг.8, Фиг.9, Фиг.10/.

Често изхода на постояннотоковите захранвания се следи с ОВ и се

връща към управляващия вход с цел коригиране на изходното

напрежение. Ако ОВ е намотка на трансформатор /Фиг.8/, тя ще

генерира променливотоков сигнал, който ще трябва да бъде

изправян, филтриран и вероятно понижен. С ИС LOC 110/111/112 се

осъществява следенето на изходното напрежение /Фиг.9 и Фиг.10/,

но без трите допълнителни блока за изправяне, филтрация и

понижаване. Към входа на операциооният усилвател се прибавя

делител на напрежение Ra и Rb.

Изолация с LOC110 в ЕКГ – кардио сигналите при възрастни са от порядъка на 1mV, а за ембриони 50µV. Поради малката си амплитуда

сигналите лесно могат да бъдат засушемени от напрежението от електродите и 50/60 Hz сигнали от захранването. За това е важно да се проектира система с висок коефициент на подтискане CMR. ИС LOC 110/111/112 притежава добри изолационни свойства,

линеаризи, усилва и има висок CMRR. Електродите са вързани към изолатора през екраниран кабел /Фиг.11/. Екрана се връзва към десният крак на пациента за по-добър CMR.

11

Конвертиращи приложения изолирани 0-10V до 4-20mA – за

устройства с идустрялно приложение се изисква изолиращ напреженов/токов

конвертор. Токът във веригата е обикновено 4-20mA, и най-често се използва за управление на клапани или следене на температурни разлики или разлики в налягането /Фиг.12/. CMR на

ИС LOC110 е приблизително 130dB и изолационно напрежение до 3750VRMS, което я прави добър избор за подобни приложения.

На Фиг.13 LOC110 е използвана във фотокондуктивен режим, който има линейност сравнима с 8битов ЦАП с ±1LSB нелинейност. Резистори R1 и R2 се изчисляват от коефициент К3 от точка 1.

Когато Vin е 0V на неинвентиращия входа на операционен усилвател U1, Q1 няма да работи, докато постояннотоковият източник на неинвентиращият вход на U3 затваря постоянен ток от 200µA към маса. Устройство като LM341A ценер може да играе ролята на постояннотоков източник. Този ток се конвертира на 4mA от U3,Q2, R4, които

управляват индуктивният товар.

12

Когато Vin стигне до 10V, транзистор Q1 ще се отпуши и през колекторната му верига ще понижава тока от неинвентиращият вход на U3. Този ток ще е 800µА заедно с постоянният ток от 200µА, и изходният ток Iout=20mA преминаващ през товара. Двата диода 1N4001 са поставени за защита при акривноиндуктивен товар. Входното напрежение към изходният ток е показана на Фиг.14. След конвентирането характеристиката е линейна.

Управление на скороста на асинхронни двигател – във фотоволтаичен режим на LOC 110 може да се постигне 12битова резолюция на напрежението, което се следи. На Фиг.14 L1, L2, L3 са входните напреженови линии, които могат да достигнат до 240Vrms всяка спрямо маса.

Горната част от схемата следи напреженовите линии. Напрежението е изправено с мостов токоизправител и формата му отговаря на Фиг.16. Разликата в двете напрежения VA’ и VA е 590Vpeak и е конвентирана от диференциален усилвател. Изходът е напрежение VA’’, което се явява вход за изолиращият усилвател. В схемата

няма външни захранващи източници, тъй като фототранзисторите в изолатора са източници на ток. След като базата на входният

13

фототранзистор в LOC110 се освети от отпушения LED, протича ток I1, който тече през инвентиращият вход на операционият усилвател. Като I1=VA´´/R5 за да може да се потдържа тока на инвентиращият вход на усилвателя равен на нула. LED осветява и изходният фототранзистор на изолатора и протича ток I2 от инвентиращият вход на изходният операционен усилвател. Изхода на усилвателя ще се стреми към големианта на I2. Изходното напрежение VOUT = I2´•R6 е и VOUT = VA´´•K3•R6/R5. Долната част на схеата следи захранващото напрежение, което е около 600VDC. Напрежението се изправя но с тази разлика, че достига до няколко стотин ампера и се заглажда с LC нискочестотен филтър. Ценеровият диод се използва за предпазване на кондензатора от високи напрежения, когато двигателя намаля скороста си. Останалата чат от схемата извършва ШИМ с честота на модулация от 3 до 20kHz.

6. Линейни изолиращи усилватели LIA100.

Серия интегрални схеми LIA100 и LIA101

представляват линейни изолиращи усилватели, които

се състоят от изолиращи оптрони и два операциони

усилвателя в един чип. Чипа изолира 5300VAC peak,

честотна лента до 40kHz, захранване в обхват ±18V,

линейност 0,01%. Може да се използва в приложения:

излолирам 4-20mA конверотор; изолиране на

медицински сензори; ключово захранване; изолиране

на температурен сензор или сензор за налягане;

изолиране на управление за двигатели и устройства за

трансфер на данни. LIA сериите са произведени от CP Clare както и LOC сериите и

предлагат подобни приложения.

7. Линейни изолатори IL300.

ИС IL300 е изолатор с един LED за предавател и два

фотодиода за приемника /Фиг.18/. Схемата може да работи

в два режима, както стана ясно при чипове LOC и LIA. В

Таблица.5 са представени основните параметри на чипа.

14

LED има нелинеен светлинен изход, така че ще се отрази и на приемника и

предадените аналогови сигнали ще имат нелинейни параметри. Голямо влиание оказват

и температурните флуктуации, кито също довеждат до нелинейност на предадената

информация. За справяне с нелинейноста се използват два диода един изходен и един за

управление на токът през LED.

На Фиг.19 е показана типична схема на

свързване на IL. Когато фотодиодите

работят като източници на ток, а схемата

работи във фотоволтаичен режим

големината на токът и напрежението

зависят от интензитета на светлината и

големината на товара. Когато схемата работи

във фотокондуктивен режим големината на

изходното напрежение е пряко

пропорционална на интензитета на

светлината от LED. ИС IL се използва за

приложения като: следене на изходно

напрежение на линия с ключово захранване;

измерване на биоелектрически импулси;

интерфейс на индустриални приложения;

галваничнмо разделяне на вериги;

измерване на променлив ток. Чипът е

проектиран и като обратна връзка за

управление на захранващи линии с

ключове.

Принцип на ключов режим при

захранвания е показан на Фиг.20, като

напреженовото следене ще се осигури от IL300.

Изолиращият усилвател осигурява

управляващият сигнал модулиран с ШИМ.

Захранването за схемата се определя от

резистори R1 и R2, така че да има 3V на

неинвентиращият вход на усилвател U1

/Фиг.21/. входа на операционият усилвател е

отместен от нулата поради протичащият

IL300 Viso[VRMS] IF[mA] VF[V] F[kHz] Pраз[mW] VR[V] Riso[ohm]

Vishay 5300 60 1,5 за 10mA 200 210 50 1 x 1012 Таблица.5

15

фототок през R3. Този фототок е резултат от осветяването на вътрешният фотодиод от

LED. Напрежението, което ще се получи на инвентиращият вход Vb ще променя токът

през LED. Резистор R4

ограничава токът през LED.

Фиг.21 показва приложение

на Il300 с диференциален

усилвател на входа, като

показаната схема може да се

използва за направата на

изолиращи усилватели. На

Фиг.22 са представени двете

схемни решения за инвентиращ и неинвентиращ изолиращ усилвател. Таблица.6 показва

възможните варянти на схемата с изходни напрежения.

8. Прецизени линейни изолатори TIL300.

TIL300/300A /Фиг.23/ се състои в един LED предавател

и два фотодиода примника. Фотодиода в ОВ се осветява от LED

и генерира управляващ сигнал за коригиране на тока към LED.

Техниката се използва тук и в чиповете разгледани по горе за

компенсиране на нелинейноста от температурните

характеристики на LED.

Като така изходният

фотодиод предава

линиейни сигнали

спрямо входа. Таблица.5

представя основни

параметри на TIL300.

Типично приложение на TIL300 е представено на Фиг.24, с използване на

операционен усилвател за управление на LED.

ТIL300 Viso[VRMS] IF[mA] VF[V] F[kHz] Pраз[mW] VR[V] Riso[ohm]

TI 3500peak 60 1,5 за 10mA 200 210 5 1 x 1012 Таблица.5

16

9. Изолиращ усилвател с висок коефициент на подтискане

на шум HCPL7800.

ИС HCPL7800 представлява изолиращ усилвател с висок коефициент на

подтискане на шум използвана предимно за управлляване на двигатели /Фиг.25/.

На Фиг.26 е представена блоковата диаграма на HCPL7800. В режим на

работа сигма-делта модулацията с анлогово-цифрово преобразуване, който

преобразува аналогов входен сигнал във високоскоростен сериен битов сигнал,

като времето за преобразуване е пропорционално на входният синал. Този поток

от данни с предава оптично към приемника на изолатора. Приемниият сигнал се

декодира и конвентира в отговарящи аналогови напреженови нива, които след

това се филтрират за да се достигне до крайният аналогов сигнал. За да се

потдържа точноста на устройството във времето и температурните разлики,

вътрешните усилватели са стабилизирани. Също така кодиращата част от

веригата елиминира широчинно-импусните смущения при оптичното предаване

на данни като генеира тактов импуулс за всеки качващ и падащ фронт.

Предимство на това

кодиране е, че всички

неидеални характеристики

на LED, като нелинейност и

промяна на параметрите

във времето и от

температурата, няма да

имат никакъв или малък

ефект върху работата на

HCPL7800.

На Фиг.27 е

представено приложение

на HCPL7800 за изолиране на захранване, което се регулира на 5V, използвайки

17

тритерминален напреженов регулатор. Входа на ИС е вързан директно за сензора

на ток, който се явява съпротивление Rsense. Диференциалният изход на

изолиращият усилвател е конвентиран към маса-реферанс с помощта на

диференциален усилвател. За да се оптимизира работата на U3: се поставя 0,1mF

байпас капацитет, който трябва да се намира колкото се може по-лизо до входа и

изхода на захранващите пинове на HCPL. Също така за U2 е вързан капацитет

0,01mF за намаляне на входното отместване по напрежение, предизвикано от

входни кондензатори или дълги проводници. Краче 3 (VIN-) вързано на късо с

краче 4 (GND1) също играят роля на сензор за отрицателния част от тока течащ

през Rsense. Това позволява усукана двойка да свърже изолиращият усилвател с

снзорният резистор, но в някой приложения могат да се вържат на късо крачета 2

и 3 (VIN+ and VIN-) към Rsense с усукан двойка и да има отделен кабел за

захранването. Използва се усукана двойка за свързване на пиновете на ИС с

сензорният резистор за да се намали електромагнитните смущения, зашумяващи

сензорният сигнал. За да се постигне максимално подтискане на смущения

/голям CMR коефициен/ върху печатната платка трябва да се осигури

максимално разтояние между входната и изходна част на схемата и никой от

заземяващите кабели да не минава под HCPL7800 .

ИС 78L05, която представлява тритерминален регулатор, се използва за да

се елиминира въздействието на захранващото напрежение върху останалата част

на схемата. Също така изходният операционен усилвател Също така изходният

операционен усилвател U3 трябва да притежава точност и да не въвежда в схемата

отместване от нулата. Също така трябва да притежава широка честотна лента.

Кондензатори C5 и С6 са част от нискочестотен филтър на изхода на U3. Тези

кондензатори позволяват настройка на честотната лента на

операционияусилвател. Резисторите в изодната част на веригата трябва да имат

толеранс до 1% за да осигурят добър CMRR. Rsense е добре да е с малка стойност

за да се намалят загубите по мощност, малка индуктивност за да се отазяват

точно високочеститните компоненти на следения сигнал и толеранс, такъв че да

спомага за точноста на веригата.

10. Прецизен изолиращ усилвател ISO122.

ISO122 /Фиг.28/ изолиращ усилвател използва

изходна и входна секция, галванично разделени с

капацитет от 1pF, която се натрупва в корпуса на

чипа. Входната част модулира и предава цифрово

18

през изолиращата бариера. Изходната част получава модулирания сигнал,

конвентира го отново в аналогово напрежение и заглажда получения сигнал след

демудалацията.

Модулатор - Входен

усилвател А1 /Фиг.29/

интегрира разликата между

входния ток (VIN/200kW) и

двуполярен токов източник

(±100mA). Токовият източник

вмъква с превключваем

източник 200mA и фиксирано

100mA токово понижаване.

Ако предположим, че Vin е 0V,

А1 ще интегрира в една посока докато не достигне праг на превключване. Тогава

компаратора и сензорният усилвател ще предизвикат превключване на токовият

източник, като резултантният сигнал ще е триъгълно напрежение с 50%

коефициент на запълване. Вътрешният осцилатор ще предизвиква превклчване в

токовият източник на 500kHz. Резултантното управление на кондензаторите ще

има квадратни импулси.

Демудолатор – сензорният усилвател засича предаване на сигнал през

капацитивната изолираща бариера и управлява превключваемия токов източник

през интегратор А2. Прихванатият модулиран токов сигнал преминава през ОВ с

200kΩ резистор като се получава изходен сигнал Vout равен на Vin.

Операционните усилватели с проба и задържане (S/H) в изходната ОВ служат за

изглаждане на изходното напрежение след дамудолиращият процес.

Единични и захранващи връзки – всеки захранващ пин трябва да има

байпас капацитет от по 1mF

танталов капацитет поставен

възможно най-близо до

изолиращият усилвател.

Вътрешната честота на

модулатора/демодулатора е

500kHz изпълнявана от

вътрешен осцилатор. Нужно е

да се намали шума от DC-DC

преобразуване като се използва

𝜋-филтър за захранванията

19

/Фиг.30/. Изхода на ISO122 има 500kHz смущения в сигнала от по 20mV, които

лесно могат да бъдат премахнати с двуполюсен нискочестотен филтър с 100kHz

изрязване като се използва операционен усилвател /Фиг.30/. Входа на

модулатора е ток, което значи че е възможно да има

входно напрежение по голямо от захранването,

докато то е по малко от ±15V /поради резистор

200kΩ/. Тогава е възможно при използван на не

регулиран DC-DC преобразувател да се намалят PSR

грешки на изхода с ±5V напреженови регулатори на

изолираната страна и да се достигне до ±10V

напреженова развивка вход/изход както е показано

на Фиг.31.

Носеща честота - ISO122 усилваел предава

сигнали през изолираща бариера с честота от 500kHz.

За сигнали имащи честота по малка от 250kHz тази

система ще работи като всеки линеен усилвател. На

за честоти над 250kHz поведението на усилвателя

ще се промени. Входна честота над 250kHz

устройството ще произвежда изходни сигнали с по-малка амплитуда отколкото

изходен сигнал с честота под 250kHz.

Грешки в изолиращ режим – Isolation mode voltage или IMV може да

предизвика грешки в изходното напрежение. Ако честота на IMV надвиши

250kHz, изходът също ще се повиши.

11. Изолатори MTL4046C/S/P и MTL4081/4083. MTCL4046 приема 4-20mA токов сигнал от изолирана част с контролер,

за управление на конвертор ток/натиск (или всеки друг товар до 800Ω) в опасна

зона/Фиг.32/. За позициониране на HART клапи, модулът позволява и

двустранен трансфер с цифрови сигнали. Управлението може да засече както

отворена така и верига на късо. Ако това се случи токът през терминала пада до

определено ниво.

MTL4046C е идентичен с 4046 с изключение на това че предлага засичане

само на отворени вериги/Фиг.32/.

ML4046S приема 4-20mA токов сигнал от изолирана част с контролер, за

управление на конвертор ток/натиск (или всеки друг товар до 710Ω) в опасна


20

двустранен трансфер с цифрови сигнали. Управлението може да засече отворена

верига. Ако това се случи токът през терминала пада до определено ниво.

MTL4046P приема 4-20mA токов сигнал от изолирана част с контролер, за

управление на конвертор ток/натиск (или всеки друг товар до 870Ω) в опасна


двустранен трансфер с цифрови сигнали. Управлението може да засече отворена

верига. Ако това се случи токът през терминала пада до определено ниво.

MTL4081 използва малки по големина постояннитокови сигнали от

напреженов източник в опасна зона, изолира ги и ги изпраща към приемник в

безопасна зона/Фиг.33/. Модула е пригоден за използване със сензорни мостове

или термодвойки с външно компенсирана студена спойка. Превключвател,

намиращ се горната част на модула, позволява или забранява безопасно

управление при изгаряне на термодвойки или повреда на кабел. Втори ключ

позволява избор на upscale или downscale.

MTL4083 използва малки по големина постояннитокови сигнали от

напреженов източник в опасна зона, изолира ги и ги изпраща към приемник в

безопасна зона/Фиг.34/. Използва се при сензорни измервателни мостове и

различни напреженови източници.

MTL Бр. кан.

Работен Интервал

Макс. Товар

Честотна Лента

Изходно R

Точност на преда.@200

Изолация Време за реакция

4046 4046С

1 1

4 до 20mA 4 до 20mA

800Ω (16V за 20mA)

500Hz до 10kHz

>1MΩ >1MΩ

По-добра от 20μA

250V ac 250V ac

Установяване 200μA и

крайна ст-ст до 100ms

4046S 1 4 до 20mA 710Ω (17.4V

за 20mA)

500Hz до 10kHz

>1MΩ По-добра от 20μA

250V ac Установяване 200μA и


4046Р 1 4 до 20mA 870Ω (17.4V

at 20mA)

500Hz до 10kHz

>1MΩ По-добра от 20μA

250V ac Установяване 200μA и


4081 1 0до±50mV 60Ω nominal

250V ac Установяване 10% и крайна

стойност 150μs 4083 1 0 до 12V <50Ω 250V ac Установяване

10% и крайна стойност 200μs

Таблица.6

21

12. Компенсация на температурен коефициент на оптични

изолатори.

Когато се използва оптичен изолатор в линейни приложения трябва да се

съобрази температурният дрифт. За премахване на температурната зависимост

могат да се използва два оптоизолатора с обратна връзка, като дрифта от единият

изолатор да се гаси от дрифта на другият от обратната връзка.

22

На фигурата по-горе е показана схема с два оптоизолатора, като единият е в

ОВ на диференциален усилвател. Двата оптрона могат да са от различни фирми

но гашене на температурната зависимощ ще има.

На фигурата по-долу е

показано друго решение на

проблема с компенсация на

температура /Current transfer

rate – който поражда

темтературен дрифт/. Входа на

изолатора се състои от LED с

отрицателене температурен

коефициент. Изхода на

оптоизолатора представлява

фото транзистор и токово

огледало. При протичане на ток

в LED, той се отпушва и осветява

базата на фототранзистора.

Инфрачервения сноп отпушва приемника и протича ток през колектора му,

който се умножава по коефициента на усилване на фотоелемента – β. Този ток

протича към токовото огледало, което има коефициент на усилване А. На изхода

на огледалото получаваме ток Ic*A. Общият ток е Ic+Ic*A. Изолаторът има

отрицателене температурен коефициент, тъй като LED има отрицателене CTR, а

положителният CTR на фотодиода не е достатъчно голям да го компенсира.

Тковото огледало се изчислява така че усилването му A, сумирано с колекторният

ток през фототранзистора да компенсира отрицателният температурен

коефициент на LED, което ще направи оптоизолатора температурно независим.

От схемата по-горе: 320 е фототранзистора от изолатора, а 321 представлява

токовото огледало.

23

II. Магнитно галванично разделение.

1. ИС IL711/712.

IL700 сериите са високоскоростни цифрови изолатори,

CMOS устройства произведени от NVE по магнеторезистивна

технология. IL711S и IL712S са най-бързите в света /с днешна

дата/ двуканални изолатори, с 150 Mbps трансфер на данни в

двата канала. Симетричната магнетична бариера осигурява

закъснение само от 10 ns и широчинно-импусни смущения до

300 ps. IL711 притежава два канала за предаване, а IL712 два

канала един за предаване и един за приемане /Фиг.35/.

2. Изолация на RS485 с IL3685.

Едночипна изолация на RS485

предавател, включително версии с

цифрови и пасивни входове, частичен

товар и PROFIBUS версия. Могат да

бъдат прибавени резистори за

увеличаване на скороста на трансфер

и дължината на предаваните думи.

Fail-safe резистори гарантират

състояние при прекратяване на трансфера.

3. Изолация на RS485 с IL610.

IL610 може да се използва и като

еднокомпонентен изолиращ приемник

на RS485/RS422. Схемата не се нуждае

от външни резистори /Фиг.37/ и

проводниците са значително намалени,

тъй като не се налага да се захранва

входната част от веригата на приемната

платка. ИС преминава самостоятелно

във високо състояние, когато входният

24

ток е по-малък от 500 μA. Не е нужен и ограничаващ резистор за един приемник

тъй като той ще използва по-малко ток от максимума на управллението. Не е

нужно и прекратяващ резистор тъй като съпротивлението на намотките на IL610 е

приблизително 70 Ω, близко до импедасите на повечето кабели.

4. Изолация на съставен товар през RS485 с IL614.

Едночипно изолиран RS485

предавател с триканален IL614

изолаттор, който може да използва и

в мултичипов дизайн с неизолиран

предавател. IL614 предлага 2.5

kVRMS изолация за 1минута и 20

kV/μs 10. transient immunity.

Схемата е представена на

Фиг.38.

5. Изолиране CAN с IL712/721.

Изолирането на CAN

предавател позволява по-висока

скорост на предаване и по-

надеждно извършване на

операции като се елиминират

групи от вериги и намаляване на

чувствителноста на шум. Тази

проста схема работи с всеки CAN

предавател с TxD пауза, което

включва всички предаватели с

генериране на ток /Фиг.39/. С

закъснение от 10 ns се

миниммизира закъсниението на

CAN и се увеличава трансфера

25

на данни при каквато и да е ширана на трансфер на шината.

Ако CAN не предлага TxD пауза, схемата на свързване може да е както е

представена на Фиг.40.

6. Едноканално и многоканално изолиране на SPI делта-

сигма A/D преобразуване с IL717.

На Фиг.41 е поакзана

типична едноканална делта-сигма

A/D преобразуване на SPI

интерфейс. A/D преобразуването

се изпълнява между сензорният

мост и АЦП. В случея IL717 изолира

управляващата шина от

микроконтролера като системният

генератор на честота се намира на

изолираната част от системата.

На Фиг.43 е представен

многоканален изолиращ делта-

сигма A/D преобразуване на SPI с

IL261. Проблема в схемата е как

да се контролира тактов

генератор на jitter и точноста на

фронтовете. Най-доброто

решение е да се използва един

такт от страната на системата и да

се предаде на всяко A/D

преобразуване.

26

7. Изолиране на I2C IL612А.

Схемата предлага

двупосочно изолиране на

I²C сигнали без

ограничения за скороста на

прехвърляне на данни и без

latch-up проблемите на I²C.

На Фиг.46 е

представена схемата на

свързване.

8. Изолиране на

RS232 с IL712S.

IL712S осигурява 2500

VRMS изолация за минута.

Като ИС е уникален 8пинов

MSOP двуканален изолатор,

който спестява място на

платката .

На Фиг.47 е представена

схемата на свързване.

9. Изолиране на

захранване с IL610S.

IL610 преминава във

високо състояние при нулев

ток в намотките си, което

осигурява, че захранването

ще е изключени при

събуждане на схемата.

Входовете могат да бъдат

програмирани за

27

инвентиращ или неинвентиращ режим. IL600 серията осигурява 2500 VRMS

изолация за една миннута и 20 kV/μs transient immunity.

10. Изолиране на DC-DC конвертор със синхронно

изправяне с IL511/611/711.

Контролер използва IL511/611/711 изолатори за управление на синхронно

изправяне на сигнали от първичната част на исолираща верига. Изолиращата

схема намалява широчинни-

импулсни смущения до 0.3 ns,

намаляват времето на

запушено състояние на

MOSFET и увеличават

ефективноста на системата.

ИС притежава и ултра малък

корпус (двуканален MSOP-8s).

Схемата представена на

Фиг.49.

28

III. Електромагнитно галванично разделение. 1. ИС с трансформатори.

Фиг.50 и Таблица.8 са показани DC-DC преобразуватели с един изход от серия

АМ15Е на AIMTEC, а на Фиг.51 и Таблица.9 с два изхода.

30

IV. Електронни бариери. 1. Активни / елетронни бариери.

По долу описаните бариери имат вградени защити от свръхнапрежение,

което позволява използването им без регулатор на напрежение.

MTL7706+ за 'smart' 2-жични 4/20mA предаватели - MTL7706+ е защитна

бариера с едноканален шунтов диод, с вградена защита против високи

напрежения , за дву-жични 4-20mA предаване в опасни зони. Захранва се от

положителен напреженов постояннотоков източник (20-30)V и работи с

4/20mA сигнали през замасен товар в безопасна зона. Подобрена е за работа

без късо съединение и е изключително точна. MTL7706+ предава

комуникационнни сигнали до 10kHz за ‘smart’ предаватели, докато в другата

посока през бариерата ще преминават сигнали от всички чстоти, които е

възможно да бъдат срещнати в средата. Докато MTL7706+ няма канали за

стимулиране на товара, целият изходен канал ‘28V’ е разрешен да захранва

предавателя. Този канал е негативно поляризиран и сигналът в безопасната

зона е същият ток, който се връща през него от опасната зона. За да се

предотврати разсейване от ценеровият диод и да се оптимизира изходното

напрежение налично на 20mA, на захранването са повишени

напрежено/токовите характеристики. Отделна електрическа верига

ограничава тока през защитният предпазител при късо съединение в опасна

зона. С 20V захранване бариерата ще осигури 16.2V минимум на 20mA за

предавателя и линии и консулация 45mA на 24V режим на работа.

Safety description - 28V 300Ω 93mA

Supply voltage - 20 to 35V dc w.r.t earth

31

Output current - 4 to 20 mA

Voltage available to transmitter and lines

- 16.2V @ 20mA with 250Ω load (negative w.r.t. earth)



Accuracy - ±2μA under all conditions

Safe-area load resistance - 0 to 500Ω

Supply current

- 45mA typical at 20mA and 24V supply

- 60mA maximum at 20mA and 20V supply

MTL7707+ за превключваеми входове и изходи – защитна бариера с

двуканален шунтов диод предсталяващ пододна на MTL7787+ с вградена

електронна защита от високи напрежения. Предназначе на е за предпазване на

ключове в опасни зони , защита на оптрони или други товари от зашитената

зона, от нерегулирани постояннотокови захранвания в безопасната зона.

Каналите потдържат напрежения до +35V и са заитени от обратни

напрежения, обратният канал е защитен от напрежения до +250V. В нормален

режим на работа предпазващата верига намалява малко напрежението и

шунтира с по-малко от 1mA до маса, следователно общият ефект е минимален.

Ако захранващото напрежение се увеличи до 27V, което ще предизвика

ценеровия диод да провежда, или ако товарът в безопасната зона има много

малко съпротивление захранващият ток се ограничава автоматично до 50mA,

защитавайки предпазителя и захранването и позволявайки на веригата да

продължи работа.

32

Safety description

- 28V 300Ω 93mA, terminals 1 to 3

- 28V Diode, terminals 2 -4

Supply voltage - 10 to 35V dc with respect to earth

Output current - Up to 35mA available

Maximum voltage drop (at 20ºC, current not limited)

- Iout x 345Ω + 0.3V, terminals 1 to 3


Supply current

- Iout + 1.6mA, supply <26V

- Limited to 50mA, supply >28V or low load resistance

MTL7707P+ for switch inputs and switched outputs, 2W Transmitters (IIB gases) –

MTL7707P+ е защитна бариера с двуканален шунтов диод подобна на

MTL7787P+ с вградена защита от свръх напрежения, кояо може да се използва с

нерегулирано постояннотоково напрежение до 35V. Основно приложение е

използването и като за управление на IIB дву-жичен 4/20mA предавател, но

може да се използва и за управление на изходи с токово следне на ключове и

клапи. За защита на превключвателя и за напрекъснат режим на работа,

захранващият ток се ограничава автоматично до 50mA при наличие на късо

съединение.

Safety description

-28V 164Ω 171mA, terminals 1 to 3

- 28V Diode, terminals 4 to 2


Output current - Up to 35mA available

Maximum voltage drop (at 20ºC, current not limited)


33

- Iout x 20.1Ω + 0.9V, terminals 4 to 2

Supply current

- Iout + 1.6mA, supply <26V

- Limited to 50mA, supply >28V or low load resistance

MTL7741 proximity sensor or switch input and relay output – MTL7741 е

едноканална switch/prox входна бариера с превключваемо реле и в безопасна

зона играе роля на интерфейс. Релейните контакти осигуряват универсални

интерфейси способни да превключват широк спектър от сигнали.

Safety description - 10V 19mA

Supply voltage - 22.9 to 30V dc with respect to earth

Input characteristics

- Relay energised if input >2.1mA(<2kΩ)

- Relay de-energised if input <1.2mA(>10kΩ)

Relay Contacts

- *125V ac 0.5A. Resistive

- 30V dc, 1A. Resistive

Supply current - 26mA maximum @ 24V

Response time <10ms

MTL7742 proximity sensor or switch input with solid state output – MTL7742 е едноканална switch/prox входна бариера с интерфейс на отворен колектор в безопасна зона. Ключ се използва за превключване при високи честоти като импулсни сензори и сензори за въртене. Захранващата шина може да се използва за свързване към захранване и обхвата на захранването прави бариера годна за използване и без регулирано напрежени.

34

Safety description - 10V 19mA


Input characteristics

- Output energised if input >2.1mA(<2kΩ)

- Output de-energised if input <1.2mA(>10kΩ)

Output characteristics - Operating frequency dc to 2.5kHz

- Max off-state voltage 35V

- Max off-state leakage 10μA

- Max on-state voltage drop <1.41V @ 50mA

- <1.22V @ 2mA

- typically <1V

Max on-state current 50mA

Supply current 20mA maximum @ 24V

MTL7743 2 channel proximity sensor or switch input and relay outputs –

MTL7743 е двуканален switch/prox със сензор на входа на бариерата с реле за

интерфейс. Модулът е подходящ за приложения, където се изисква висока

каналната плътност за цифрови входове. Захранването се подава през шината

за захранване.

35

Safety description - 10V 19mA - 10V 19mA

Supply voltage - 22.9 to 30V dc with respect to earth Input characteristics

- Relay energised if input >2.1mA(<2kΩ) - Relay de-energised if input <1.2mA(>10kΩ)

Relay Contacts - *125V ac 0.5A. Resistive - 30V dc, 1A. Resistive

Supply current 45mA maximum @ 24V Response time <10ms

MTL7744 2 channel proximity sensor or switch inputs with solid state outputs –

двуканална версия на MTL7742. Този модул осигурява два интрфейса за

prox/switch входове.

Safety description - 10V 19mA - 10V 19mA

Supply voltage - 20 to 35V dc with respect to earth Input characteristics

- Output energised if input >2.1mA(<2kΩ) - Output de-energised if input <1.2mA(>10kΩ)

Output characteristics - Operating frequency dc to 2.5kHz - Max off-state voltage 35V - Max off-state leakage 10μA -Max on-state voltage drop 1.41V @ 50mA

36

-1.22V @ 2mA - typically <1V - Max on-state current 50mA

Supply current - 29mA maximum @ 24V

MTL7745 proximity sensor or switch input with relay output and line fault detect-

бариерата е едноканална с switch/prox входове осигураваща засичане на

грешка по линията.късо съединение или отворена верига ще предизвикат

задействането на аларма.

Safety description - 10V 19mA Supply voltage - 22.9 to 30V dc with respect to earth Input characteristics

- Output energised if input >2.1mA(<2kΩ) - Output de-energised if input <1.2mA(>10kΩ)

LFD relay + Red LED - Relay contacts

- *125V ac 0.5A. Resistive - 30V dc, 1A. Resistive

Supply current 38mA maximum @ 24V Response time <10ms

MTL7798 Power feed and protection module - MTL7798 съдържа в себе си както

напреженов така и токов сензор за предвазване на бариерата като активира

стабилно състояние при засичане на грашка или при високо напрежение.

37

Input voltage range (terminals 5&6) - 20 to 26.8V Maximum input voltage capability

- 45V - Power source requirements - >1.8A

Trip mechanism - Minimum trip 26.8V @ 20°C (+18mV/°C) Output current range - 0 to 800mA Maximum voltage drop - 20mV @ 0mA, 1.0V @ 800mA load

2. Приложения на бариери. Аналоговите входове(високи нива) - 2-жичен предавател, 4/20mA

Препоръчителна бариера за

робота с предаватели със стандарт

4/20mA е ИС MTL7787+. Тя осигурява

до 14.6V Vwkg и 20mA за оредавателя и

линиите му както и 5V за товар 250Ω.

Това приложение и бариерата са

подходящи за избираемо/променливо

захранване.

MTL7706+ се препоръчва за

приложения, където има нерегулирано

напрежение до 35V. Осигурява

напрежение на предаватели до 16.0V

при 20mA, както и 5V за товар от 250Ω.

С ИС терминал 3 е негативен със заземяване, така че връзките на терминал 3 и 4

трябва да са обърнати.

38

Аналоговите входове(високи нива) – вибрации.

Три-жичните предаватело

използвани с обурудване за следене на

вибрациите са непрекъснато

захранени с 24V постояннотоково

напрежение – следователно

препоръчителната бариера за този

сучей е отрицателно поляризираната

ИС MTL7796–.

Аналогови входове (ниски нива) – термодвойки и mV източници.

Препоръчителна бариера за

термодвойки и mV източници е

MTL7760ac. Това е дву-канална не-

поляризирана бариера е освободено

от маси , акто осигурява плваващ

вход, има добър коефициент на

подтискане на променливотокови

сигнали и постояннотокви „смущения” до 7V и е незасегната от грешки при

заземяването от първичните елементи.

Аналогови входове (ниски нива) – AC сензори, фотоклетки, микрофони и

турбини на уреди за измерване на течение.

MTL7760ac е препоръчваната

бариера за тези устройства. Макар

и повече от изброените устройства

д анямат нужда от гарантиране на

условията на работа, някой от

променливотоковите сензори

могат да бъда са подложение на

индуктивност и се налага да им се гарантра условия на работа за опасни зони.

Аналогови входове (ниски нива) – Slidewire displacement transducers

Най-простият избор е ИС

MTL7760ac. Тази бариера захранва и

връща обратно униполлярен сигнал.

39

STRAIN-GAUGE BRIDGES - Single strain-gauge bridges.

На фигурата е паказано приложения с

2 или 3 бариери. MTL7761ac електрическата

верига се захранва с 14V, 230Ω източник; ако

съпротивленията в моста са 230Ω, тогава

напрежението от моста ще е 7V; ако

съпротивленията от моста са 350Ω, тогава

напрежението в моста ще е 8.4V.

Единият MTL7764aс може да бъде използвана

за захранване на сензорният мост. Другата

бариера MTL7761ac се използва за изхода на

моста, който е от порядъка на mV.

Последната бариера MTL7766Pac осигурява

12.3V за съпротивления в моста от по 350Ω, за

мост със захранване 20V.

Аналогови изходи - Управление на изходи (I/P converters).

Еднокалният MTL7728+ с

спад на напрежението от 6.66V

при 20mA и препоръчителен за

повечето управляеми изходи. По

мощни версии са достъпни като

MTL7728P+ (5.1V) подходяща за

IIC приложения или MTL7729P+

(3.68V ) за IIB приложения.

За контролери в изходни

вериги разделени от 0V rail с

управляеми трназистори, дву-

каналният MTL7787+ е добър

избор, тъй като връщащият канал

издържа до 26.6V, което позволява

управляващият сигнал да бъде

напълно изключен . Спада на

напрежението е 8.1V на 20mA.

По-мощни версии са MTL7787P+ връщащият канал е до 26.4V и максималният

спад на напрежението е само 6.38V.

40

MTL7787+ и MTL7787P+ са приложими и за контролери, съдържащи

резистори които позволяват връщащият се ток да бъде следен от

високоинтегриращи операции.

AC и DC системи - High-level ac и dc системи.

Свързан в схема звезда

MTL7765ac и MTL7778ac позволяват

Vwkg да се изведе от всеки канал

към маса, но само позволява Vwkg

да се развие между каналите. Това

позволява използването на кабели с

по-големи параметри да се

използват.

Цифрови (on/of) входове - Превключватели.

Избор за бариера MTL7787+/7787P+

трябва да се използва с регулирано

захраване. MTL774X се препоръчват за

нерегулирани напрежени, където

захранването стига до 30V за релейни

изходни модули или 35V стабилно състояни

е на на изхода на модула. MTL7789+

предлага дву-канална бариера за ключови

входове, като входният ток за всеки канал е

<10mA.

Цифрови (on/of) изходи - аларми , LED, соленоиди,др.

MTL7728+ се препоръчва за тези

приложения. Като са възможни и по-

мощни версии: MTL7728P+, MTL7729P+.

Ако управлението на ключа е вързано

към земя, тогава двуканалният

MTL7787+ трябва да се използва или

MTL7787P+. Ако захранването е

нерегулирано тогава ИС MTL7707+ е

по-добре да се използва. MTL7707+ се

препоръчва за схеми, където

41

нерегулираното напрежение достига до 35V.

V. Стандарт 4-20mA.

4-20 mA е токов кръг, стандарт за сигнали. Токовите кръгове са идеални за

предаване на данни, тъй като са нечувствителни на електрически шум. В 4-20 mA

токов кръг, всичките токови сигнали протичат през всички компоненти, това

важи дори и

ако

проводницит

е, през които

се

осъществява

трансфера са

далеч от

идеални.

Всички

елементи в

кръга имат

спад на

напреженито

поради

токвите

сигнали, протичащи през тях. Токовите сигнали не се влиаят от падовете на

напрежение, докато захранващото напрежение е по-голямо от сумата на

напреженовите спадове в кръга при максимален токов сигнал до 20 mA.

На фигурата по горе е показана основната схема на токов кръг. Схемата

съдържа четири основни компонента: постояннотоково захранване; дву-жичен

предавател; приемник - резисотр, който конвентира токовите сигнали в

напрежение; проводник, който свързва цялата схема.

Захранващ източник – захранването за дву-жичният предавател винаги

трябва да е постояннотоково, тъй като промяната в токовият поток

представлява параметърът, който се измерва. Ако се използва

променливотоков захранващ източник, токът във веригата постоянно ще се

променя. За 4-20 mA токови кръгове , типични захранвания са 36 VDC, 15 VDC

42

и 12 VDC. Токови кръгове с трипроводен предавател могат да имат както DC

така и AC захранване. Типични стойности за AC е 24 VAC.

Предавател – предавателят преобразува физически величини като

температура, влажност или наляганев електрически сигнал. Този сигнал ще е

пропорционален на физическата величина. В 4-20 mA кръг, 4 mA

представляват най—ниското ниво на измервания обхват, а 20 mA

представляват най-високото ниво.

Приемник – Резистор – тъй като е по-лесно да се измери напреженов сигнал,

отколкото токов, за това се използва резистор, който да конвентира токът в

напрежение. В примерната схема е използван резистор 250Ω, което значи че

падът на напрежение върху него ще е 1 VDC за 4 mA токъв кръг и 5 VDC за 20

mA токъв кръг.

Проводник – изпращането на ток по проводник предизвиква спад на

пропорционално на дължината и плътноста на проводника.

Galvanic Isolation

Documents

Transcript of Galvanic Isolation