Модуль гальванической развязки своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 19.09.2024

о накамерных вспышках, студийных моноблоках, генераторах и т.п..

Текущее время: 29 янв 2022, 05:29

Разделительный трансформатор 220В->220В

Приборы, инструменты, технологические приемы. Что необходимо для удобной работы. Примеры исполнения и т.п.

Разделительный трансформатор 220В->220В

Разделительный трансформатор, гальваническая развязка 220В->220В

Давно возникла проблема с ремонтом сетевых (220в) блоков питания.Сделать простейшие измерения можно мультиметром, но посмотреть напряжение осциллографом - уже проблема. Не электробезопасно! да и не все приборы имеют гальваническую развязку.
Проблема могла быть решена трансформатором с 2 одинаковыми обмотками, но к сожалению под рукой таких не было и за разумные деньги купить тоже.
Самому тратить время и материалы тоже не хотелось. оставалась только возможность ожидать халявы.
Она иногда появлялась в виде "мертвых" UPS. У меня было несколько разных моделей с разными трансформаторами. Со временем удача улыбнулась мне, и у меня оказались 2 одинаковых! Хотя это решение не самое удобное (в 2 раза тяжелей, больше) - но оно для меня было бесплатным!

Кроме того от одного из UPS был использован еще и корпус с входными, выходными стандартными разъёмами. В основаниях трансформатора были нарезаны крепежные отверстия с резьбой М4 - и оба зафиксированы винтами. осталось только скоммутировать обмотки.

Новое в области гальванических развязок

Когда речь идет о создании гальванически развязанного источника питания мощностью 10 или 100 Вт, становится ясно, что тут требуются специальные знания в узкой области, источник питания следует рассматривать как отдельную задачу, и ее решение нужно поручить сведущему в этой области специалисту. Если же требуется гальванически развязать 1 Вт электрической мощности или создать гальваническую развязку одной линии данных, то такую задачу хочется решить сходу, потратив минимум рабочего времени и заняв компонентами малую площадь печатной платы. На самом же деле уменьшение мощности ничуть не сокращает сложность гальванической развязки. Гальваническая развязка мощностью 1 Вт легко может стать головной болью для разработчика, который раньше никогда не решал такие задачи. Компания Linear Technology предлагает разработчикам первое в своем роде готовое решение гальванической развязки для передачи питания и данных на одной микросхеме без внешних элементов, в корпусе для поверхностного монтажа.

Передача данных

Внешне микросборки LTM288x выглядят как обычные цифровые оптопары с интегрированным внутрь корпуса гальванически развязанным DC/DC-преобразователем. На самом же деле их устройство и принцип работы намного сложнее. Для передачи данных используются трансформаторы без сердечников, выполненные прямо на полупроводниковом кристалле. Физическая топология их обмоток и электрическая схема включения показаны на рис. 1.

Рис. 1. Эквивалентная электрическая схема

Приемники-усилители, снимающие сигнал со вторичных обмоток, имеют дифференциальные входы, что делает их нечувствительными к синфазным помехам, которые могут возникать из-за паразитической емкости между обмотками. Поскольку данные передаются через два трансформатора в противоположных направлениях, передача в одну сторону происходит независимо от передачи в другую. Но физически канал для передачи в одну сторону только один, а микросборки имеют большее количество сигналов, передаваемых через гальванический барьер. В микросборке LTM2881 помимо сигналов DI (вход передатчика) и RO (выход приемника) на изолированную сторону передаются DE (разрешение передачи) и TE (включение терминального резистора). В микросборке LTM2882 реализован сдвоенный интерфейс RS-232, то есть по два канала в каждую сторону.

Уровни напряжения на всех входах обрабатывает внутренняя логика микросборки. При изменении уровня информация об этом событии кодируется, передается через гальванический барьер, декодируется на другой стороне микросборки, проверяется на наличие ошибок, и, если ошибок нет, уровень напряжения на соответствующем выходе изменяется. В каждый момент времени в одну сторону может передаваться информация лишь об одном изменении уровня на одном входе, поэтому все входы поделены на низко- и высокоприоритетные. Если изменение уровня входного сигнала происходит одновременно на двух входах с одной стороны микросборки, то с другой стороны уровень сначала изменяется на высокоприоритетном выходе и лишь после этого на низкоприоритетном. Если уровень сигнала на высокоприоритетном входе изменяется раньше, чем закончилась обработка изменения уровня на низкоприоритетном входе, кодирование и передача по низкоприоритетному каналу приостанавливается.

Таким образом, передача сигналов по высокоприоритетному каналу происходит без задержки. Задержка передачи по низкоприоритетному каналу может достигать 40 нс. В микросборке LTM2882 высокоприоритетными являются входы T1IN и R1IN, в микросборке LTM2881 — входы AB и YZ.

Передача питания

В отличие от передачи данных, передача питания в микросборках LTM288х происходит традиционным образом. Принципиальная схема изолированного DC/DC-преобразователя показана на рис. 2. H-образный мост генерирует прямоугольные импульсы, которые через развязывающий защитный конденсатор поступают на первичную обмотку. Выпрямитель на вторичной обмотке выполнен из двух диодов и двух конденсаторов. Такая схема выпрямителя, по сравнению с более привычной схемой на четырех диодах, позволяет вдвое сократить потери, связанные с прямым падением напряжения на диодах. Ток выпрямителя заряжает сглаживающий конденсатор, от которого питается линейный стабилизатор с низким прямым падением. На выходе стабилизатора стоит еще один конденсатор.

Рис. 2. Упрощенная принципиальная схема изолированного DC/DC-преобразователя

Микросборки LTM288х выпускаются в двух версиях для двух диапазонов питающих напряжений: 3–3,6 и 4,5–5,5 В. Ограничение по напряжению питания связано со встроенным DC/DC-преобразователем. Поскольку выходное напряжение у обеих версий одинаковое и равно 5 В, для работы при разных входных напряжениях требуются разные коэффициенты трансформации.

Первичная обмотка трансформатора имеет защиту от перегрузки по току, при штатной работе преобразователя эта защита не активна. Порог срабатывания защиты — 550 мА для 3-В версии и 400 мА для 5-В версии микросборки.

Трансформатор выполнен на ферритовом тороидальном сердечнике. Обмотки покрыты тефлоновой изоляцией толщиной 76 мкм. Для придания конструкции механической прочности трансформатор залит жестким диэлектриком. Преобразователь имеет КПД 65%. А зависимость выходной мощности от напряжения питания показана на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость выходной мощности от напряжения питания

Параметры гальванического барьера

Важнейший параметр гальванической развязки — это паразитическая емкость между изолированными сторонами. От величины этой емкости зависит, насколько хорошо гальваническая развязка препятствует прохождению синфазных помех. Когда напряжение между изолированными сторонами гальванической развязки меняется, ток заряда паразитической емкости протекает по электрическим цепям с обеих сторон гальванической развязки, вызывая падение напряжения на резисторах, которое и является помехой. Чем больше паразитическая емкость и скорость изменения напряжения, тем больше ток и напряжение помехи.

Для любой электрической схемы с гальванической развязкой можно определить максимально допустимую скорость изменения напряжения между изолированными частями, при которой уровень синфазной помехи не будет превышать допустимые пределы. Поскольку микросборки LTM288x содержат интегрированные схемы усиления и обработки прошедшего через гальванический барьер сигнала и представляют собой функционально законченные устройства, максимально допустимая скорость изменения напряжения является для них неизменным параметром и составляет 50 кВ/мкс.

Паразитическая емкость между гальванически развязанными сторонами микросборок LTM288x составляет 6 пФ. Из них 1,2 пФ приходятся на каждую из катушек передачи данных, а 3,6 пФ — на трансформатор DC/DC-преобразователя. Это очень хороший показатель для гальванической развязки: у обычных оптопар паразитическая емкость, как правило, составляет десятки пикофарад на один канал. Емкость порядка единиц пикофарад всегда существует между двумя параллельными дорожками на печатной плате, близко проложенными кабелями, проводниками внутри электронного устройства и его корпусом. Для большинства применений паразитическая емкость микросборок LTM288x пренебрежимо мала по сравнению с распределенными емкостями всех остальных частей электронного устройства.

Гальванический барьер микросборок LTM288x состоит из двух сигнальных трансформаторов, выполненных на полупроводниковом кристалле, и силового трансформатора, намотанного на ферритовое кольцо. Максимальное постоянное напряжение, которое может быть приложено к гальваническому барьеру продолжительное время, — 400 В, для времени не более 10 с допускается напряжение до 4000 В.

Основные параметры гальванического барьера, в цифрах и единицах, приведенных к наиболее распространенным стандартам, указаны в таблице 1. Список стандартов, с которыми можно без труда сопоставить указанные значения, находится в таблице 2. Общие представления о том, как именно происходят испытания и стандартизация гальванических развязок, можно получить на примере стандартов UL1577 и IEC60747-5-2.

Таблица 1. Параметрическая таблица гальванического барьера для LTM2881 и LTM2882

Таблица 2. Перечень стандартов по изоляции

Стандарт UL1577 регламентирует электрическую прочность электронного компонента для напряжений свыше 2500 В при различных внешних условиях. В соответствии с критериями этого стандарта микросборки LTM288x выдерживают постоянное напряжение 2500 В при температуре окружающей среды +100 °C. Для того чтобы производитель мог гарантировать отсутствие отказов в таких условиях работы, каждая микросборка проходит испытание при напряжении 4400 В обеих полярностей продолжительностью 1 с.

Похожий по методике тестирования, принятый в Европе стандарт IEC60747-5-2 предписывает измерять заряд микропробоев, происходящих в гальваническом барьере, когда к нему приложено постоянное напряжение, соизмеримое по величине с максимальным рабочим напряжением. Явление микропробоев связано с неоднородностями в веществе диэлектрика. Если представить слой диэлектрика в виде цепочки последовательно соединенных конденсаторов и множества таких цепочек, соединенных параллельно, то микропробоем будет называться пробой одного из таких микроконденсаторов. Микропробой не вызывает нарушения электрической целостности слоя диэлектрика. Периодически происходящие микропробои внешне выглядят как шум, появляющийся, когда к гальваническому барьеру приложено высокое напряжение. Характерный заряд микропробоев в гальванических развязках LTM288x — 5 пКл при напряжении 1050 В.

С точки зрения практического применения основное условие, от которого зависит максимально допустимое рабочее напряжение, это время наработки на отказ. Поскольку при не самых тяжелых условиях эксплуатации время наработки на отказ оказывается очень велико, оно не поддается прямому измерению. Время наработки на отказ измеряют в предельно допустимых режимах работы, затем полученные данные экстраполируют на штатные режимы работы. При этом используются различные математические инструменты, например распределение Вейбулла. Зависимость времени жизни микросборок LTM288х от постоянного рабочего напряжения показана на рис. 4. При напряжении 500 В время жизни микросборок LTM2881 и LTM2882 — более 100 лет.

Рис. 4. Зависимость времени жизни микросборок LTM288х от постоянного рабочего напряжения

Излучение электромагнитных помех

где I_f — ток в катушке; r_n — радиус одного витка; N — количество витков, λ — длина волны. Насколько хорошо теоретическая зависимость излучаемой мощности от частоты совпадает с экспериментальной, измеренной на демонстрационной плате LTM288х, показано на рис. 5. Там же отмечены максимально допустимые уровни излучения согласно стандарту CISPR 22.

Рис. 5. Графики экспериментальной и теоретической зависимости излучаемой мощности от частоты для LTM288х

Помимо этого, рекомендуется:

Сократить физические размеры гальванически развязанных частей.
Убедиться в том, что все возвратные токи и токи помех образуют петли как можно меньшего размера. При разводке печатной платы следует избегать протекания одного возвратного тока между двумя слоями: такой путь будет иметь повышенную индуктивность и сопротивление.
Поставить как можно больше сглаживающих конденсаторов на все линии питания. Все скачки напряжения и тока на силовых линиях внутри устройства вызывают электромагнитное излучение.
Поставить фильтры синфазных помех на все подсоединенные к плате провода и кабели: синфазные трансформаторы либо ферритовые колечки для линий питания, ферритовые колечки для линий данных. Ферритовые колечки существуют как в виде специальных бандажей, надеваемых на кабель, так и в виде элементов для монтажа на плату.
Сократить напряжение питания. Чем меньше напряжение сигналов в цифровых линиях, тем меньше излучаемая ими помеха. Напряжение 3,3 В предпочтительнее, чем 5 В.

Чувствительность к электромагнитным помехам

Все электромагнитные антенны обратимы: если антенна плохо излучает, то она одновременно плохо принимает сигнал, и наоборот. Поскольку интегрированные в микросборки LTM288х катушки излучают помехи с очень небольшой мощностью, они должны быть и малочувствительны к внешним помехам. Обе микросборки LTM2881 и LTM2882 независимо друг от друга прошли сертификацию и соответствуют стандартам электромагнитной совместимости, перечисленным в таблице 3.

Таблица 3. Стандарты электромагнитной совместимости

Напряжение, возникающее в электромагнитной катушке при воздействии внешнего магнитного поля, определяется соотношением:

где β — индукция магнитного поля, Гс; N — количество витков катушки; r_n — радиус n-ого витка. Эта формула справедлива и для катушек, интегрированных в микросборки LTM288х.

Если напряжение, вызванное внешней помехой, оказывается соизмеримо с напряжением полезного сигнала в катушке, передача данных происходит с ошибками. На рис. 6 показана зависимость максимально допустимой индукции магнитного поля от частоты для микросборок LTM288х. В области ниже красной линии внешнее магнитное поле не будет мешать работе LTM288х. Там же, для примера, синими линиями показана индукция магнитного поля прямого провода с током на различных расстояниях. Магнитное поле провода с синусоидальным током 1000 А при частоте 1 МГц, находящегося на расстоянии 100 мм, не окажет влияния на работу микросборок LTM288х.

Рис. 6. Зависимость максимально допустимой индукции магнитного поля от частоты для микросборок LTM288х

Устойчивость к электростатическим разрядам

Также в стандартах рассматривается воздействие на электронный компонент одиночной полуволны синусоидального напряжения. Последнее удобнее всего для использования в стандартах, так как условия проведения таких испытаний лучше всего поддаются описанию и воспроизводимы наиболее однозначно. Однако воздействие на электронный компонент синусоидальной полуволны не совсем соответствует тому, что происходит при его эксплуатации.

Рис. 7. Принципиальная схема для испытаний микросборки LTM2881 на устойчивость к скачкам напряжения, происходящим при разрыве проводника с током

Испытания на устойчивость к электростатическим разрядам проводятся схожим образом: импульсы напряжения прикладываются между гальванически изолированными сторонами LTM2881. Импульсы имеют меньшую длительность, чем в испытаниях на устойчивость к скачкам напряжения, происходящим при разрыве проводника с током, и большую амплитуду. Микросборки LTM288х выдерживают электростатический разряд напряжением до 8 кВ.

Заключение

Гальванические развязки LTM288х — это первые приборы, сочетающие в себе высокие электрические параметры, надежность и простоту использования. Насколько просто сделать на микросборке LTM2881 гальванически развязанный приемопередатчик RS-485, показано на рис. 8. Помимо самой микросборки LTM2881, в схеме нет никаких дополнительных элементов. Аналогично микросборка LTM2882 (рис. 9) представляет собой функционально законченный двух-канальный приемопередатчик RS-232.

Рис. 8. LTM2881 гальванически развязанный приемопередатчик RS-485

Рис. 9. LTM2882 сдвоенный гальванически развязанный приемопередатчик RS-232

Микросборки LTM288х имеют хорошую помехозащищенность, не требуют дополнительных внешних диодов для защиты от электростатических разрядов, вызванных зарядом, скопившимся на теле человека. Паразитическая емкость 6 пФ при четырех каналах передачи данных и канале питания делает микросборки LTM288х приборами, не имеющими аналогов.

Микросборки LTM288х прошли сертификацию по основным международным стандартам и готовы к использованию в новых и перспективных разработках.

Следует отметить, что микросхемы семейства LTM288x снижают общую стоимость решения, оставаясь при этом недосягаемыми для конкурентов по совокупности характеристик и преимуществ.

Гальваническая развязка цифровых осциллографов.

У меня эта тема возникала уже несколько раз. Проблема в том, что для питания цифровых осциллографов используют импульсные БП, со стандартными входными цепями. А заземление там подключено таким образом, что в некоторых случаях могут возникать проблемы. До сих пор решал я проблему развязки осцилла по старинке - с помощью развязывающего трансформатора 220/220. Однако у этого решения есть один серьезный недостаток - а именно необходимость в довольно габаритном развязывающем трансформаторе. Порой транс 220/220 проблематично найти и тогда используют два одинаковые транса включенные вторичными обмотками вместе.

Но мне такое решение перестало нравиться. По той причине, что импульсный БП осциллографа, уже предоставляет гальваническую развязку осциллографа от сети. Но вследствие особенностей подключения контура заземления к плате осциллографа, родной гальванической развязкой воспользоваться не удается.

Для того чтобы было понятнее о чем речь, приведу схему БП, довольно распространенного цифрового осциллографа:

Основная проблема, которая кроется в невозможности работы осциллографа без развязывающего трансформатора, сосредоточена в том, что провод заземления из разъема питания P1 (3 контакт) подключен к земле осциллографа. Это делает невозможным включение крокодила щупа в неземляные точки исследуемой схемы. То есть если попытаться использовать заземленный осциллограф для исследования работы тоже заземленного устройства, то крокодил осциллографа можно подключать только к земле и больше никуда, если в схеме внутри, нет гальванической развязки.

Во многих случаях, проблему можно решить просто используя для питания осциллографа розетку в которой нет заземления. Тогда земля осциллографа не будет связана со землей исследуемого устройства. Но даже если устройство и осциллограф, питается от розетки без заземления, но через общий удлиннитель, тогда земли осциллографа и устройства оказываются соединенными через контакт в удлинителе. Короче одни проблемы с этой землей.

Если запитать осциллограф от развязывающего трансформатора, тогда земля не подключается никуда и проблемы общих земель исчезают. Но тогда встает вопрос - зачем такая избыточность? Ведь ИБП осциллографа и так обеспечивает гальваническую развязку. Проблема ведь только в землях. Самое простое решение - это не использовать развязывающий трансформатор, потому что такой уже используется внутри БП осциллографа. Решение - просто отключить землю от корпуса осциллографа. Оно равноценно применению дополнительного развязывающего трансформатора. Отключили землю и все проблемы исчезли.

Но все ли проблемы исчезли?

Чтобы разобраться нужно понять зачем нужно заземление. Корпуса приборов заземляют по соображению электробезопасности. Это обычная мера для приборов внутри корпуса которых существует сетевое напряжение. Если корпус прибора заземлен, то при замыкании корпуса на сетевой фазный провод, произойдет короткое замыкание фазы на землю и сработает предохранитель или пакетник. Если же корпус не заземлен, то на нем может находиться сетевое напряжение и при касании человека ко корпусу, в неблагоприятных условиях (контакт человека тем, или иным образом со землей) может произойти поражение током.

Однако, здесь есть одно но. Заземлять по сути нужно горячую часть устройства, то есть высоковольтную часть, которая схемотехнически находится до разделяющего трансформатора. Ибо вторичная часть, после разделяющего трансформатора уже не имеет связи со сетью питания. Кроме того можно найти в продаже целый класс устройств, чаще всего это БП и зарядные устройства, у которых вовсе нет заземления. Шнур питания таких устройств имеет только два провода и земли нет вовсе. И ничего, все себе работает прекрасно, так как сеть и выход такого БП разделены гальванически.

Тогда возникает большой вопрос - за каким непонятным пнем, в осциллографах заземляют вторичную часть БП? То есть зачем заземлять уже гальванически развязанную часть схемы? Самый первый пришедший в голову ответ здесь - для того, чтобы при исследовании с помощью осциллографа высоковольтных схем иметь некоторую защиту. Только вот так ли это на самом деле? Корпуса цифровых осциллографов пластиковые. Кнопки, крутилки тоже пластиковые.

Возникает снова вопрос - ЗАЧЕМ заземлять вторичную сторону БП, которая уже гальванически отвязана от БП? Зачем? Что заземлять там? Пластиковый корпус? Как на нем окажется сетевое напряжение? Каким образом? Мало того, если мы заземлим вторичную часть осциллографа, то разъемы щупов осциллографа, оплетка щупов и сами крокодилы, окажутся заземленными. И тогда если человек коснется крокодила щупа, или разъема кабеля щупа одной рукой и коснется ВВ части схемы другой рукой, получи гарантированный удар током. Вот нахрена заземлять плату осциллографа?

Кто, что думает? Для тех, кто меня не знает, прошу сразу воздержаться от очевидных отсылов в госты и прочую бумажную ерунду. Потому что вопрос с подвохом. Я редко задаю вопросы и задавая, уже знаю большую часть ответа, просто на всякий сверяюсь, может пропустил чего.

Итак повторю вопрос - ЗАЧЕМ заземлять плату осциллографа, который питается уже от ИЗОЛИРОВАННОГО блока питания. Если заземлять корпус БП внутри осциллографа, я еще пойму. Но зачем заземлять общий осциллографа у которого весь корпус пластиковый, кнопки, крутилки тоже пластиковые и питается осциллограф от изолированного источника питания? Вопрос с подвохом, посему интересует ответ знатоков, уже разбиравшихся в нем.

О дифференциальных пробниках я знаю. Но это не решение. Об осциллографах с изолированными каналами тоже. И про то, что более правильно отвязывать от сети исследуемое устройство, а не осцилл, я тоже знаю. Главный вопрос здесь - ЗАЧЕМ земля пластиковому осциллографу? Зачем козе баян?

ЗЫ
Развивая тему об изоляции именно осциллографа, я хочу все подвести к ненужности заземления собственно платы осциллографа, а только горячей части БП. Хотя в случае подключения осциллографа через внешний развязывающий транс, заземления уже нет никакого вообще. Я считаю что заземление платы цифрового осцилла, питающегося от изолированного БП - ненужность при работе с напряжениями до 400В, при аккуратности до 600В. Кто думает иначе?

Гальваническая развязка цифровых осциллографов.

Предположение. При пластиковых корпусах заземление это типа защита вторичных цепей от статического напряжения на пластиковой коробке возникающее от трения пластика обо что либо. И куда эта статика стечет без земли непонятно. Вполне возможно что на входный цепи. А там куда кривая случая вывезет.
Второе предположение
Заземляют на случай нарушения межобмоточной изоляции трансформатора ибп. Хотя это ну очень редкий случай.
Третье предположение. Всевозможные наводки из за которых бывает искажение исследуемого сигнала. Особенно низковольтного.

Гальваническая развязка цифровых осциллографов.

Отрыв от земли проблему не решает. Почти во всех импульсниках землятся через кондеры (здесь С3,С4).Через них входная часть связана с выходной.Причины установки этих кондеров не знаю.Вроде от помех в сеть,но не уверен.Выкинте их и все развяжется.Проверено(правда не на осциллографе).Осциллограф сам использую через развязывающий транс.Внутрь лезть желания нет.Было ,что при проверке импульсного блока питания выбивало автоматы при подключении осциллографа

Гальваническая развязка цифровых осциллографов.

sidor094 писал(а): Источник цитаты Почти во всех импульсниках землятся через кондеры (здесь С3,С4).Через них входная часть связана с выходной.Причины установки этих кондеров не знаю.

Мне причина их установки известна. Зачем они там и что делают. Чуть позже опишу все, вместе с решением проблемы. Подожду еще чуток. Пока по совету опытных людей изучаю дополнительную буржуйскую информацию о граундинге и шилдинге, хочу понять нет ли нюансов о которых я не знаю.

К этому я и подвожу. На самом деле я уже так делал полгода назад. Только вот помехозащищенность ухудшилась. Есть решение без выбрасывания этих конденсаторов. Просто сверяюсь с мануалами по EMI совместимости, вдруг что-то упускаю.

AnSm писал(а): Источник цитаты Заземляют на случай нарушения межобмоточной изоляции трансформатора ибп. Хотя это ну очень редкий случай.

Практически невозможный. И в таком случае погорят компоненты на вторичной стороне и закоротят собой все, в результате выгорит предохранитель.

AnSm писал(а): Источник цитаты Третье предположение. Всевозможные наводки из за которых бывает искажение исследуемого сигнала. Особенно низковольтного.

Вот тут отчасти правда. Но. Это не дает ответ, почему отвязанный через разделительный транс осцилл, уже без заземления нормально работает. Но на счет наводок правильное направление поиска. А там есть некоторые нюансы.

Гальваническая развязка цифровых осциллографов.

Ладно, пока переработаю буржуйские тексты по EMI опишу детальнее что делают те два конденсатора и почему на мой взгляд применено такое извращенное решение, производителями.

Симметричные помехи, хорошо давит цепь L1,C1,C2 и ее бы хватало, если бы не присутствие несимметричных помех. Для их подавления ставят дополнительно C3,C4 и вместе с L1 они образуют два LC фильтра нижних частот, относительно земли. Один для фазного провода (левая по схеме катушка L1 и C4), другой для нейтрального (правая по схеме катушка L1 и C3). Как симметричные, так и несимметричные помехи возникают в ключевом каскаде импульсного БП. Именно коммутационные всплески на индуктивности рассеяния трансформатора и создают все проблемы. Ключевой каскад является сильным источником помех. Симметричные помехи хорошо давит дифференциальный фильтр второго порядка, на L1,C1,C2. А вот несимметричные помехи он не может сильно подавить. Поэтому требуется еще и несимметричный фильтр. Его получают добавляя емкости C3,C4 к индуктивности L1. В этом случае получаем два несимметричных фильтра, один для фазного провода (левая обмотка L1 и C4), второй для провода нейтрали (правая обмотка L1 и C3). Для того чтобы конденсаторы С3, С4 подавляли несимметричные помехи они дожны включаться на общий провод, который заземляется. По логике вещей следует подключить все к земле горячей части БП. Но стандартным является включение, когда конденсаторы включают на землю вторичной части БП, а не на землю горячей части. Почему это так, разберемся позже. А пока разберем более логичный вариант включения конденсаторов и провода заземления:

Как видим провод заземления подключен к общему горячей части БП и все помехи которые могут выходить из БП, давятся фильтром L1,C3,C4. Так же и входящие помехи, аналогично давятся этим же фильтром. При таком включении конденсаторов фильтра, никаких проблем бы не возникало. Питание полностью изолировано и никакой связи между фазным и нейтральным проводом и землей вторичной части схемы бы не было. Подключение крокодила осциллографа к любой части схемы не создавало бы никаких проблем.

Однако есть один подводный камень. Если бы не он, все было бы превосходно и не приходилось бы использовать то извращенное решение когда конденсаторы включают на общий вторичной части БП. Может кто-то уже подозревает о каком подводном камне речь?

И да. Хочу заметить, что эти извращенные цепи с конденсаторами на землю вторичной части специально спроектированы для работы в трехпроводной сети, когда есть заземление в розетке. Когда заземления нет, тогда все превращается в пшик. На земле появляется переменка с частотой сети. К счастью емкость конденсаторов небольшая, что дает большое реактивное сопротивление и опасности нет, но если дотронуться до земли осцилла и до батареи, будет неприятное покалывание. Кстати это же самое и с компьютерами и прочими устройствами специально спроектированными для работы со заземлением. Если заземления нет, или оно пропадает, все превращается в медвежью услугу. Фильтр да - он-то работает пусть частично. Хоть и нет земли от сетевой розетки, но фильтр продолжает давить несимметричные помехи источником которых является силовой транзистор БП. Но на земле теперь есть потенциал сети, хоть и нет прямой гальванической связи, но переменный ток некоторой величины есть. И если ткнуться таким осциллом в схему, то минимум схема начнет работать нехорошо. Появляются помехи как минимум. А в максимуме, схема может начать сходить с ума или вообще ножки протянуть.

Короче я такое решение с фильтрами считаю извращенным. И да, тут еще один фактор есть. В качестве конденсаторов C3,C4 ОБЯЗАТЕЛЬНО должны использоваться кондеи категории Y1 или Y2. И как раз по причине того, что они включены на землю вторичной части БП. Потому что если произойдет пробой такого кондея, тогда на земле вторичной части может оказаться фаза. А это чревато. Поэтому в качестве кондеев С3,С4 используются спецконденсаторы с высоким пробивным напряжением до 8кВ, чтобы даже сильные всплески напряжения в сети не могли пробить конденсатор, чтобы не случилось непоправимое.

Короче столько извращений из-за одного подводного камня и стремления все удешевить. Я считаю именно это причиной извращенного включения С3,С4 на вторичную землю. Производителям не хотелось немного удорожать БП и они решили подключить сетевые провода ко вторичной земле, пусть даже ценой риска. Ввели обязательное использование кондеев типа Y1,Y2. Им то конечно дешевле, два высоковольтных спецкондея и все. Но меня такое решение в корне не устраивает. Лучше я чуть доработаю схему, чем буду использовать это извращение, которое к тому же нормально работает только со заземлением.

Лично я собираюсь перейти на измененный вариант БП и переключить конденсаторы С3,С4 со вторичной земли на горячую землю, как показано на рисунке. А с подводным камнем бороться по другому.

Схема гальванической развязки на HCPL 2631

Для гальванической развязки цифровых сигналов использовались высокоскоростные оптопары (HCPL 2631, 10 Мбит). Микросхема 74HCT245 работает как преобразователь входного сопротивления. Преобразователь постоянного тока используется для разделения напряжения питания со стороны входа и выхода. Можно использовать TME0505S, SIM1-0505 SIL4.

В схеме довольно чувствительный порог переключения (более чувствительный, чем 2 В указанные в документации) Возможна передача до 10 Мбит (рекомендуется до 2 Мбит при 2 В и 5 Мбит при 5 В).

Тесты генератора сигналов в сочетании с осциллографом показывают соответствие до 1,6 В при 2 Мбит и до 5 Мбит на уровне 3 В. Сигналы до 10 Мбит передаются плавно, но больше не могут быть правильно оценены из-за перетаскивания краев сигнала.

Затем на выходе происходит сильное затухание, но 20 МГц на входе также отображаются как и на 20 МГц на выходе. Не было возможности протестировать выше 20 МГц, так как имеющийся генератор сигналов не работает быстрее.

Цифровые интерфейсы с уровнем 2 Мбит и 1,6 В и интерфейсы 5 Мбит с уровнем 3 В могут быть нормально исследованы, при 8 Мбит возникают первые проблемы, а с 10 МГц устройство имеет только ограниченное применение для практического использования, по словам производителя, HCPL2361 подходит только для частот до 10 Мбит.

Форум по обсуждению материала ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ РАЗВЯЗКА ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ

Приводятся основные сведения о планарных предохранителях, включая их технические характеристики и применение.

Переделываем игрушку обычный трактор в радиоуправляемый - фотографии процесса и получившийся результат.

Про использование технологии беспроводного питания различных устройств.

Микрофоны MEMS - новое качество в записи звука. Подробное описание технологии.

Читайте также: