Изоляторы

Гальваническая развязка разрывает электрическую связь между цепями, оставляя только передачу сигнала. Благодаря ей помеха или опасное напряжение из силовой части не попадает в схему управления, а земли двух устройств не замыкаются друг на друга. В разделе собраны оптопары с транзисторным, логическим и симисторным выходом, цифровые изоляторы и изолированные драйверы затворов.

Оптопара или цифровой изолятор

Оптопара проста, дешева и хорошо переносит помехи, но светодиод внутри стареет, а скорость передачи ограничена. Цифровой изолятор быстрее, стабильнее по параметрам и не деградирует, но дороже. Устройство и принцип работы разобраны в статье Оптопары: устройство, принцип работы и гальваническая развязка.

Ключевые параметры

1. Напряжение изоляции. Показывает, какой барьер выдержит разделение цепей, для сетевых применений берут модели на несколько киловольт.
2. Коэффициент передачи тока CTR. Это отношение тока выхода к току светодиода в процентах. При CTR 50 процентов и токе через светодиод 10 мА выходной транзистор способен пропустить около 5 мА, и на этот ток рассчитывают нагрузку.
3. Скорость. Обычные оптопары работают на десятках килогерц, скоростные и цифровые изоляторы на мегагерцах.
4. Прямой ток светодиода. Он задается резистором: при питании 5 В, падении на светодиоде около 1,2 В и нужном токе 10 мА резистор получается примерно 380 Ом, берут ближайший номинал 390 Ом.
5. Запас на старение. Светодиод оптопары со временем теряет яркость, поэтому ток выбирают с запасом, а схему проектируют так, чтобы падение CTR на треть не нарушило работу.

Развязка теряет смысл, если ее нарушить разводкой. Под корпусом изолятора не должно быть проводников, соединяющих обе стороны, а земли двух половин схемы не соединяют нигде, кроме единственной запланированной точки, если она вообще нужна. Иначе барьер остается только на бумаге.

Частые вопросы

Зачем нужна развязка, если можно соединить земли?
Общая земля означает общий путь для помех и аварийных токов. Пробой в силовой части по общей земле уходит прямо в контроллер, а в промышленных линиях разница потенциалов между устройствами бывает достаточной, чтобы сжечь интерфейс.

Как подобрать резистор для светодиода оптопары?
По формуле из напряжения питания за вычетом падения на светодиоде и нужного тока. Подходящие номиналы есть в разделе чип-резисторов SMD, а методика расчета подробно разобрана в статье Светодиоды: характеристики, подключение и расчет резистора.

Можно ли управлять реле через оптопару?
Напрямую обычно нет: выходного тока оптопары не хватает на катушку. Ставят транзисторный ключ после оптопары, а катушку шунтируют диодом. Модели собраны в разделе реле, принцип работы в статье Реле: устройство, виды и принцип работы.

Почему схема с оптопарой перестала работать через год?
Вероятнее всего упал коэффициент передачи из-за старения светодиода. Лечится увеличением тока через светодиод в разумных пределах или заменой на цифровой изолятор, если аппаратура ответственная.

Силовую часть для развязанных схем подбирают в разделе дискретных полупроводников, а управление питанием в разделе PMIC. Для подавления помех по питанию пригодятся синфазные дроссели.