Galvanisk isolation - overførsel af energi eller informationssignal mellem elektriske kredsløb, der ikke har direkte elektrisk kontakt mellem dem .
Galvanisk isolering bruges til signaltransmission for at reducere interferens, til berøringsfri kontrol og for at beskytte udstyr mod skader og personer mod elektrisk stød.
Med galvanisk isolering kan de elektriske potentialer i de adskilte kredsløb variere meget, nogle gange siges de at have "svævende" potentialer i forhold til hinanden.
Ifølge metoden til at organisere galvanisk isolering er de opdelt i
Historisk set den første type udfletninger. Det bruges stadig til både krafttransmission og informationssignaltransmission. Gennem krafttransformatorer er det muligt at overføre meget høj effekt, op til hundredvis af MW. Til at transmittere information anvendes normalt miniature puls- og højfrekvente transformere.
Nogle gange bruges specielle isolerende krafttransformatorer til elektrisk sikkerhed. Typisk er strømtransformatorer step-down, det vil sige, at spændingen på sekundærviklingerne er lavere end spændingen på den primære vikling, isolationstransformatorer har som regel et transformationsforhold på 1: 1. Anvendelsen af sådanne transformere med henblik på elsikkerhed skyldes, at lavspændingsindustri- og bolignetværk har jordforbindelse til "jorden" - hvormed for eksempel vandrør også er elektrisk forbundet. I mangel af en isolerende transformer kan et nedbrud i isoleringen af et håndholdt elværktøj forårsage en elektrisk skade på en arbejder. Da den sekundære vikling af isolationstransformatoren ikke har en elektrisk forbindelse med "jorden", er en nødovertrædelse af værktøjets isolering praktisk taget elektrisk sikker.
For autotransformere er de primære og sekundære viklinger kombineret, og derfor er autotransformere ikke galvaniske adskillelsesenheder og bruges ikke til galvanisk adskillelse af elektriske sikkerhedsformål.
Ulempen ved transformer galvanisk isolation til transmission af et informationssignal er den fundamentale umulighed af direkte transmission af DC-signaler og langsomt skiftende signaler gennem en transformer. Derfor, i sådanne udvekslinger, er en form for modulation tyet til , for eksempel frekvensmodulation, og transmissionen af information sker i dette tilfælde ved hjælp af transmissionen af et højfrekvent bæresignal. I den modtagende ende demoduleres højfrekvenssignalet med gendannelsen af den transmitterede information.
I enheder af denne type transmitteres signalet ved hjælp af optisk stråling og bruges udelukkende til transmission af informationssignaler, da det er vanskeligt og teknisk upraktisk at transmittere høj effekt gennem sådanne udvekslinger.
I øjeblikket er optiske udvekslinger den mest brugte og populære type informationsudveksling.
Princippet for deres drift er baseret på udsendelse af lys fra en lysemitter styret af et elektrisk signal, transmission af et optisk signal til en galvanisk isoleret del og omvendt konvertering af strålingen til et elektrisk signal.
LED'er er nu almindeligt brugt som emittere , og fotodioder , fototransistorer eller fototyristorer bruges som lysmodtagere . Kombinationen af en LED og en strålingsmodtager kaldes normalt en optokobler eller en optokobler, hvis emitteren og strålingsmodtageren er strukturelt arrangeret i ét hus. Transmission i en optisk kanal bruges normalt i det infrarøde område , da energiegenskaberne for halvledermodtagere og -emittere i dette område er bedre end i det synlige område.
Fordelen ved optokoblerisolering sammenlignet med transformerisolering er dens mindre størrelse, lave omkostninger og evnen til at transmittere langsomt skiftende signaler, herunder DC-signaler.
Manglen på optisk isolation til transmission af analoge lavfrekvente signaler er en betydelig ikke-linearitet af kanalen under transmission, uensartetheden af transmissionskoefficienten på 10-30% over hele signalområdet. Derfor, for at transmittere langsomt skiftende analoge signaler med tilstrækkelig nøjagtighed, som i tilfælde af transformerisolering, anvendes modulations-demodulation.
En anden måde at præcist transmittere et langsomt varierende signal gennem en optisk kanal er kompensation. Med denne metode belyser en lysemitter (LED) to strålingsmodtagere (fotodiode eller fototransistor), en af modtagerne er inkluderet i feedbacken fra LED-strømkilden, den anden, galvanisk isoleret, er inkluderet i fotodiodeforstærkerens feedback , som vist på figuren. Hvis den ikke-lineære transmissionsfunktion fra LED'en til begge fotodetektorer er den samme, så kompenseres ikke-lineariteterne gensidigt, og den galvaniske isolation bliver lineær med tilstrækkelig nøjagtighed til mange anvendelser. I praksis, i en sådan struktur, er en forbedring i transmissionslineariteten i kanalen op til 1% opnåelig.
Den bruges udelukkende til transmission af informationssignaler. Denne isolation kan kun kaldes galvanisk isolation betinget, da de galvanisk isolerede kredsløb er elektrisk forbundet gennem en kapacitiv kobling, hvis impedans er endelig og aftager med en stigning i frekvensen af forskellen i de flydende potentialer af "jordene" af de adskilte kredsløb.
Hvis kondensatorernes kapacitans er lille, er strømfrekvensstrømmene, der strømmer gennem afkoblingskondensatorerne, små. For eksempel er den typiske kapacitans for afkoblingskondensatorer omkring 1 pF, og impedansen af galvanisk isolation for strømfrekvensen er omkring 3 GΩ. Den elektriske styrke (nedbrudsspænding) af afkoblingskondensatorer kan være flere kilovolt, derfor er denne type afkobling tilladt til brug i elektrofysisk udstyr til medicinsk undersøgelse og behandling af patienter, for eksempel i elektrokardiografer .
Da en sådan isolation grundlæggende ikke transmitterer langsomt skiftende signaler og DC-signaler, er der nødvendigvis en eller anden form for modulation, når der transmitteres et informationssignal.
Et eksempel på et kondensator galvanisk isolationskredsløb er vist i figuren. I dette skema transmitteres impulssignalet gennem en asymmetrisk kondensatorbro med forskellige transmissionskoefficienter for kapacitive spændingsdelere i broarmene.
Et andet eksempel på galvanisk isolering er vist på figuren. I dette kredsløb transmitteres informationssignalet, moduleret ved en eller anden metode, i differentiel form gennem to koblingskondensatorer med en typisk kapacitans på ca. 1 pF.
Dette princip om galvanisk adskillelse bruges i mange "isolerede forstærkere" IC'er fra mange halvlederproducenter. Typisk bruger sådanne mikrokredsløb sigma-delta-modulation .
Fordelen ved kondensatormetoden til galvanisk adskillelse er enkelheden, men ulempen er, at den kræver brug af en modulator-demodulator.
Uden afkobling er den maksimale strøm, der flyder mellem kredsløb, kun begrænset af elektriske modstande, som normalt er relativt små. Som følge heraf kan udligningsstrømme og andre strømme flyde, som kan beskadige kredsløbskomponenter eller skade personer, der rører ved udstyr, der er i elektrisk kontakt med kredsløbet. En isolationsanordning begrænser kunstigt overførslen af energi fra et kredsløb til et andet. En isolationstransformator eller optokobler kan bruges som en sådan enhed . I begge tilfælde er kredsløbene elektrisk adskilte, men energi eller signaler kan overføres mellem dem.