Finché il circuito di alimentazione ha il potenziale di interagire con altri circuiti, hardware, infrastrutture o utenti umani, possono verificarsi situazioni di sovratensione distruttive.L'isolamento fisico o elettronico (comunemente indicato come isolamento elettrico) tra i punti di interazione corrente e potenziale è cruciale per la sicurezza e il funzionamento continuo dei circuitiL'isolamento può anche ridurre il rumore inutile nel segnale di uscita.
Le esigenze di isolamento sono molto comuni nei robot, nelle apparecchiature di rete elettrica ad alta tensione, nelle attrezzature di officine di fabbrica, nelle applicazioni automobilistiche e nei prodotti di consumo.occorre anche considerare la specificità della domanda, come la tensione di ingresso variabile, l'utilizzo della batteria o la necessità di un imballaggio compatto.
Per selezionare i componenti di isolamento corretti, i progettisti devono comprendere i vantaggi, gli svantaggi e la composizione delle varie strutture di isolamento.possono adottare la più efficace, affidabili e risparmiatori di spazio nella progettazione elettronica.
Conoscere l' isolatore
L'isolamento elettrico può essere ottenuto in vari modi, ma tutti hanno un principio di base comune: l'ingresso ad alta tensione sul lato primario è isolato dalla bassa tensione,lato secondario a bassa corrente attraverso alcune barriere fisicheI dettagli della barriera di isolamento e il metodo di trasmissione di potenza, segnali o entrambi attraverso la barriera di isolamento dipendono dal tipo di isolante.
L'optoaccoppiatore utilizza LED per convertire il segnale sul lato primario da impulsi elettrici a fotoni.o transistor ad effetto campo fotoelettrico che ricevono fotoni e li convertono in segnali elettriciOltre ad isolare fisicamente i circuiti primari e secondari, gli optoaccoppiatori possono anche eliminare automaticamente il rumore inutile nel segnale di uscita e prevenire i cicli di messa a terra.
In un accoppiatore magnetico, la tensione sulla bobina primaria del trasformatore genera un campo magnetico.con una capacità di accensione superiore a 50 W,I trasformatori possono avere due avvolgimenti indipendenti su un singolo nucleo di ferro, oppure possono essere due induttori, ciascuno con un avvolgimento attorno al proprio nucleo di ferro, separati da un materiale isolante.La ragione per cui i progettisti scelgono l'accoppiamento magnetico è perché ha una capacità di alta tensione, tempo di risposta relativamente rapido e la capacità di filtrare il rumore del segnale.e la generazione di interferenze elettromagnetiche.
L'accoppiatore capacitivo utilizza un condensatore costituito da due elettrodi separati da un materiale dielettrico.Questo genera un campo elettrico e induce una tensione sull'elettrodo secondarioGli accoppiatori capacitivi sono noti per le loro piccole dimensioni, il basso consumo energetico e la rapida risposta alle modifiche degli input.rendendoli convenienti ed efficienti per la trasmissione di segnali elettrici attraverso i cancelli di isolamentoI progettisti devono adottare misure per proteggere gli accoppiamenti capacitivi dagli effetti della tensione di ingresso, dell'umidità ambientale e della rottura dielettrica che superano le loro capacità.
Impiegare isolatori digitali
Qualsiasi tipo di isolatore sopra indicato può essere integrato in un sistema di isolatore digitale su un circuito integrato (IC).Queste strutture topologiche possono essere ulteriormente integrate con moduli di alimentazione o componenti di trasmissione del segnale per formare un completo sistema di isolamento digitale su un singolo chipLe strutture topologiche comuni dei sistemi di isolatori digitali includono flyback, half bridge e push-pull.
La fonte di alimentazione flyback adotta una forma di isolamento magnetico che combina un induttore di shunt con un convertitore buck boost per costruire un trasformatore,aumentando o diminuendo così la tensione dell'entrata di corrente continua (DC) per corrispondere alla uscita richiesta. Il feedback del convertitore buck boost è fornito da un avvolgimento induttore a tre fasi o da un optoaccoppiatore.ma i progettisti devono essere consapevoli che possono essere generati EMI inutili.
Il progetto di mezzo ponte (H-bridge) comprende un generatore di onde quadrate H-bridge, un circuito di risonanza composto da due induttori e un condensatore (LLC),e due raddrizzatori in grado di fornire la tensione di uscita DC richiestaRispetto a determinati modelli, i raddrizzatori possono ottenere una potenza di uscita più elevata e si raccomanda di utilizzare il design di isolamento H-bridge per applicazioni a media potenza.
L'alimentazione isolata push-pull utilizza due trasformatori per l'accoppiamento magnetico.I due diodi rettificatori di ponte completo sul lato secondario possono prevedere le variazioni di tensione e regolare a uscite simmetriche.
Per migliorare il controllo, i progettisti possono optare per l'aggiunta di driver del trasformatore al dispositivo push-pull.con un dispositivo di comando di accensione di potenza superiore a 50 WQuesta modalità può generare un segnale di uscita relativamente costante proteggendo i componenti interni e a valle dai danni causati dalla connessione simultanea di due interruttori.
I sistemi con driver di trasformatori possono anche utilizzare regolatori lineari a basso dropout (LDO) per controllare l'uscita, sostituendo i diodi raddrizzatori o migliorando la loro funzionalità.La differenza di tensione è la differenza minima tra la tensione di ingresso e la tensione di uscita, al di sotto del quale il circuito non può regolare completamente l'uscita.