Устройство трансформаторной гальванической развязки.

Устройство гальванической развязки(УГР)

Простейшим датчиком напряжения при измерении напряжения является резистивный делитель напряжения, состоящий из R1 и R2. При этом:

При измерении тока сигнал, снимаемый с шунта R1 подсоединяется ко входу гальванической развязки, т.е. ко входам 1 и 2.

УГР состоит: из 1-фазного инвертора (КЛ1,КЛ2,КЛ3,КЛ4); импульсного трансформатора(измерительный) TV1; вспомогательного трансформатора TV2; демодулятора(КЛ5,КЛ6); ГСК - генератор синусоидальных колебаний; фильтра нижних частот(DA1).

Для преобразования входного напряжения Uвх низкочастотного или постоянного по форме в переменное КЛ1-КЛ4 периодически замык. и размык. по закону симметричной коммутации со скважностью .

Для того, что бы уменьшить действие емкостной связи между первичной и вторичной обмоткой трансформатора, а также обеспечить высокое быстродействие преобраз. сигнала, формируют высокочастотное напряжение U1, прикладываемое к первичной обмотке трансформатора TV1. Первичная обмотка TV1 и вторичная TV2 потенциально связаны, т.к. имеют общую шину 01. Первичная обмотка TV2 и вторичная TV1 также связаны между собой.

ГСК формирует последовательность 2-хполярных синусоидальных высокочастотных импульсов. Частота этих импульсов на порядок выше частоты преобразуемого сигнала. Импульсы ГСК трансформируются во вторичную обмотку TV2 и управляют ключами КЛ1-КЛ4. При замыкании КЛ1-КЛ4 к первичной обмотке TV1 прикладывается напряжение Uвх с полярностью +вверху;-внизу. При замкнутых ключах КЛ1-КЛ4 замкнут также КЛ5, при этом формируемое на вторичной полуобмоткеTV1 напряжение U2 прикладывается ко входу операционного усилителя.

На последующем (отрицательном) полупериоде замыкаются ключи КЛ2,КЛ3,КЛ6, при этом к первичной обмотке Uвх прикладывается с полярностью помеченной в скобках и транс. в U2 с полярностью отмеченной в скобках.

На (-) полупериоде Uвх напряжения U1 и U2, напряжение со вторичной обмотки прикладывается с (+) полярностью через КЛ6. Таким образом на входе DA1 формируется (+) напряжение.

Фильтр DA1 осущ-ет фильтрацию напряжения Uф высокочастотных составляющих, связанных с процессом высокочастотного преобразования сигнала.

Получим коэффициент передачи гальванической развязки :

Где -коэффициент передачи фильтра.

Трансформаторное УГР является реверсивным и при

изменении знака вх. сигнала изменяется знак выходного сигнала. Иногда такое устройство называют модулятор-демодулятор.

45. Устройство дискретной оптоэлектронной гальванической развязки.

ГТН – генератор тактового напряжения. Основой является оптопара VT1, работающая по принципу «включено-выключено», т.е. если диод оптопары открыт, то VT тоже открыт и на выходе присутствует сигнал лог. «0». Если закрыт, то тоже закрыт и на выходе сигнал лог. «1». Для функционирования УГР на дисктрет. оптопаре надо преобраз. вх. постоянный или низкочастотный сигнал в высокочастотный, например ШИМ. Для этого 2-хполярное треугольное напряжение, формируемое ГТН сравнивается с измер. напряж. Uвх на компараторе DA1(суммирующий).

Если измер. , то на выходе DA1 присутствует сигнал(+) полярности. В этом случае светодиод оптопары VT1 световым потоком воздействует на VT и открывает его(по светодиоду протекает ток). В результате к неинвертирующему входу компаратора DA2 прикладывается потенциал близкий к нулю, который меньше потенциала инвертирующего входа. В результате состояние компаратора DA2 изменилось и он перешёл в состояние (-) насыщения.

При напряжение становится меньше по величине Uвх, DA1 переходит в состояние (-) насыщения.Начал протекать ток через VD1 и R1 к источнику питания. В результате светодиод оптопары перестаёт испускать свет, фототранзистор оптопары закрывается и к неинвертирующему входу DA2 прикладывается потенциал, превышающий потенциал инверт. входа и на выходе DA2 появляется напряжение (+) насыщения, таким

образом осуществляется ШИМ входного напряжения Uвх.

Фильтр нижних частот на DA3 выдел. пост-ую сост-ую Uвых DA2. Этот фильтр может служить также и усилителем сигнала опред. Uср и коэффициент передачи УГР. в момент сравнения

Выполняется равенство: Опред. зависимость

Частота колебаний ГТН выбирается на порядок выше частоты коммутации ключей полупроводникового преобразователя эл. энергии. В настоящее время производятся интегральные микросхемы, реализующие УГР, использующие данный принцип.