Гальваническое разделение. Часть 1

▌А зачем?
Порой приходится работать с системами где крайне нежелательно, чтобы была электрическая связь между блоками устройства. Скажем между блоком датчиков, линиями ввода-вывода и блоком управления. Обычно это связано с тем, что линии IO находятся на горячей стороне с высоким напряжением, а цепи управления мало того, что работают на низком напряжении, так еще до них может дотянуться своими шаловливыми ручонками человек и убиться об них если что-то пойдет не так. Разделение часто делают, чтобы отрезать крайне шумную часть от нежных мозгов сложной логики, вроде контроллера, чтобы ему не прилетело в голову какой-нибудь высоковольтной помехой. Также гальваническую развязку делают в том случае если есть проблема с объединением земель между блоками из-за блуждающих токов, наводок и прочих бед.

При этом информация, а часто и питание передаются между блоками каким-нибудь не электрическим способом. Например, через свет или электромагнитные волны. А исходный сигнал вначале преобразуется из электрической величины в удобную для передачи, скажем из напряжения в частоту, этот частотный сигнал подается на светодиод, который моргает в глаз фотодиоду, а на обратной стороне происходит обратное преобразование, из частоты в напряжение. Вместо оптопары в некоторых случаях может использоваться трансформатор, т.к. через него свободно протекает переменный ток и можно гальванически развязать сигналы через магнитную индукцию. Так, например, сделано в Ethernet где трансформатор стоит либо прям в разъеме, либо в виде отдельного блока прям рядом с ним.

▌Гальваническое разделение питания
Обычно гальванически разделяют информационную составляющую сигнала связи, а питание каждый блок берет из своего источника. Но иногда надо выделить изолированную часть в одном приборе, а чем ее питать? Тут то на помощь и приходят изолированные преобразователи питания.

По схемотехнике чаще всего это маленький импульсный блок питания, у которого внутри постоянка превращается в переменку, прогоняется через маленький трансформатор и снова выпрямляется. Все это залито в единый блок. Поскольку мне чаще всего на горячей стороне приходится питать какую-нибудь АЦПшку или блок связи, то большая мощность не нужна, а значит сам преобразователь ставится маленький и дешевый. Ну, относительно дешевый 🙂

Я обычно использую три типа преобразователей в своей практике и держу их в запасе.

MeanWell NSD15-12S5

Это преобразователь 12 в 5 вольт. Но у MeanWell есть и другие номиналы похожего питальника. Ток у него до 3А. Я про него писал уже как то раз отдельную статью, несколько лет назад. Отличная штука. Надежная, дубовая. Работает как часы. Громоздкая только немного.

Aimtec AM1D-Z
Для меньшей мощности применяю блок от Aimtec AM1D-Z. Линейка преобразователей у Аймтека довольно большая, я обычно использую и держу в наличии всегда AM1D-0505SZ. Он принимает на входе 5 вольт и отдает 5 вольт, но уже гальванически отвязанные. И ток около 200мА, чего достаточно, чтобы запитать интерфейсные микросхемы, да микроконтроллер какой. КПД порядка 80%

По ссылке на картинке находится даташитик, точнее перечень вариантов этого преобрзователя. Там страницы две мелким шрифтом 🙂

Габариты у него совсем небольшие. А цена около 150-200р, не текущий момент.

TRACO серии TEN 8
А для прецизионных вещей использую штуку от TRACO серии TEN 8. В наши изделия идет TEN 8-1222 с двуполярным выходом на +/-12 вольт. То что надо, чтобы запитать аналоговые устройства на ОУ 🙂 Отличается крайне стабильным выходным напряжением, мало зависящим от внешних условий, температуры, колебаний на входе, помех и чего бы то ни было. Отличная штука, но дорогая 🙁 Порядка 2500р штука, в ценах на 21-й год.

B0505S-1W
Еще использую B0505S-1W и его аналоги. Дешевое барахло для не ответственных применений, когда достаточно шумного трэшпитания, для запитки какой-нибудь некритичной нагрузки, вроде фонарей оптопар на горячей стороне. Напряжение у него заметно плавает и выходное сильно зависит от входного, большие пульсации, защиты от КЗ нет совсем (сгорает моментально). А напряжение на пробой всего киловольт. Но зачастую этого более чем достаточно. А при цене в 50 с копейками рублей на алиэкспрессе это прям праздник.

Устроен он до смешного просто, я как то его разломал из любопытства. Там простейший генератор на паре транзисторов, тороидальный трансформатор и выпрямитель на выходе из двух диодов. Никакой сложной логики, никаких защит, никаких фильтров. Зато дешева!

Когда напряжение слишком высоко
Есть еще такая экзотика как фотовольтаические преобразователи. Они преобразуют энергию лазерного луча в электричество и позволяют передать до полуватта мощности по оптоволокну. Таким образом, например, можно запитать что-то на линии ЛЭП не боясь, что с этой ЛЭП нам прилетит несколько сот киловольт по проводу. Такие штуки делает, например, Broadcom серия AFBR. Типичный представитель таких приемников это, какой-нибудь, AFBR-POC204L

Похож на светодиод, с байонетом для подключения обычного многомодового оптоволокна. Имеет вот такую вот ВАХ.

Рабочий участок правая сторона.

И стоит 700 баксов штука :)))) И это только за приемник. А что вы хотели, серьезная промышленная техника 🙂