Цифровая или гальваническая изоляция предотвращает прохождение тока между двумя частями системы, при этом обеспечивая передачу необходимых сигналов и питания. Это важная функция, которая защищает людей и оборудование от опасных напряжений, а также предотвращает помехи в чувствительных цепях за счёт устранения петель заземления.
Представьте цифровую изоляцию как терминал бесконтактной оплаты. Между картой и терминалом нет физического соединения, но магнитное поле, создаваемое терминалом, передаёт энергию карте, и система считывает и передаёт данные для оплаты.
Цифровая изоляция часто используется в промышленных продуктах, таких как источники питания, системы промышленной автоматизации и электрические транспортные средства. Например, в зарядном устройстве электромобиля цифровая изоляция обеспечивает безопасное разделение высоковольтной зарядной цепи и низковольтной управляющей схемы с панелью оператора.
Основные технологии изоляции
Существует три основных технологии цифровой изоляции: оптическая, магнитная и емкостная.
При оптической изоляции светодиод передаёт данные через изоляционный барьер в виде световых импульсов. Эти импульсы принимаются фототранзистором (также называемым оптопарой), который преобразует их в электрические сигналы.
В магнитной (индуктивной) изоляции данные и питание передаются через магнитное поле, аналогично работе трансформатора. Хотя трансформаторы обычно используются для преобразования напряжения вверх или вниз, трансформаторы изоляции имеют соотношение витков 1:1, сохраняя напряжение неизменным. Такие трансформаторы в основном применяются в целях безопасности.
В емкостной изоляции данные передаются через конденсатор с использованием цифрового кодирования, при котором конденсатор быстро заряжается и разряжается. Когда конденсаторы используются для изоляции в цепях питания, они могут иметь специальные классификации, указывающие на риски для системы или пользователя в случае короткого замыкания. Например, конденсаторы класса X, подключаемые между фазой и нулем, снижают риск поражения электрическим током при коротком замыкании, но могут представлять пожароопасность. Конденсаторы класса Y, подключаемые между фазой и корпусом, практически не несут пожароопасности, но могут вызвать поражение током.
Когда требуется безопасность от поражения током, проектировщикам следует использовать оптическую или магнитную изоляцию вместо емкостной, так как при любом последовательном соединении в цепи переменного тока через конденсатор всегда будет протекать ток.
Итоги
Цифровая изоляция используется в тех случаях, когда два или более электрических контура должны обмениваться данными, но их «земли» могут находиться на разных потенциалах. Она эффективно устраняет петли заземления, предотвращая нежелательное протекание тока между устройствами с общим проводом заземления. Цифровая изоляция также применяется для обеспечения безопасности, предотвращая случайные поражения электрическим током.