3.5.10Устройства гальванической изоляции в аппаратных интерфейсах

Гальваническая изоляция или гальваническая развязка – разделение электрических цепей посредством не проводящего ток материала. Для реализации гальванической изоляции можно использовать трансформаторы, конденсаторы, реле и оптроны [74].

Изоляция применяется для защиты от больших токов или напряжений, вызванных высоковольтными помехами и возникающих при наличии замкнутых цепей заземления. Такие замкнутые петли могут присутствовать в любой системе, где имеется несколько заземлений. Заземления в различных частях системы, связанных длинным кабелем, будут иметь различный потенциал, поэтому ток заземления будет проходить по соединительному кабелю. В отсутствие изоляции этот ток может создать дополнительные шумы, ухудшить качество канала или даже вывести из строя компоненты системы.

Токи, наводимые в длинных кабелях в условиях промышленности, например, при включении и выключении мощных электромоторов, при электростатических разрядах или при разрядах молнии, могут вызвать быстрые изменения потенциала заземления, величиной в сотни или тысячи вольт. При этом на информационный сигнал, передаваемый по каналу, накладывается высоковольтный импульс. При отсутствии изоляции этот высоковольтный импульс может нарушить передачу сигнала или даже вывести систему из строя. Подключение всех устройств, связанных общим интерфейсом, к одному заземлению сможет защитить систему от таких разрушающих воздействий, а изоляция устройств друг от друга позволяет избавиться от замкнутых "петлевых" заземлений.

3.5.10.1 Dc/dc преобразователи

DC/DC преобразователи предназначены для преобразования одного уровня напряжения в другой. Преобразователи, имеющие гальваническую изоляцию, можно использовать для питания элементов гальванической изоляции интерфейсов.

103

3.5.10.2 Реализация гальванической изоляции дискретного выхода модуля ввода-вывода sdx-09

Дискретные выходы в модуле ввода-вывода SDX-09 реализованы на твердотельных реле (Solid State Relay, SSR) CPC1035N и позволяют коммутировать на выходе до 300В с максимальным током нагрузки 100 мА. Управление дискретными выходами программное с помощью линий DOUTx (где x – (0..8) номер дискретного выхода). Подача логического нуля на линии DOUT приводит к замыканию контактов соответствующего дискретного выхода. При подаче нуля на вход P5 на диоде D56 появляется разность потенциалов, достаточная для его зажигания.

Рис. 48. Реализация гальванической изоляции дискретного выхода модуля ввода-вывода SDX-09.

Основными отличиями твердотельных реле от электромеханических являются:

Отсутствие электромагнитных помех в момент переключения. Высокое быстродействие.

_{Отсутствие акустического шума.}

Отсутствие дребезга контактов реле.

Высокое сопротивление изоляции между входом и выходом. Большое количество переключений, не менее 109 раз. Малое энергопотребление.

Рис. 49. Твердотельное реле CPC1035N

_{Напряжение изоляции CPC1035N – 1500В.}

104

Рис. 50. Временные характеристики переключения твердотельного реле: Ton = 2мс, Toff = 1 мс.

Необходимо заметить, что твердотельные реле данного типа срабатывают достаточно медленно. Длительность фронта достигает 2 мс, длительность спада

1 мс.