電源回路が他の回路,ハードウェア,インフラストラクチャ,または人間のユーザーと相互作用する可能性がある限り,破壊的な過電圧が発生する可能性があります.電流と潜在的な相互作用点間の物理的または電子的隔離 (通常は電気隔離と呼ばれます) は,回路の安全性と継続的な動作にとって重要です隔離は出力信号の不必要なノイズも減らすことができます.
ロボット,高電圧電力網機器,工場ワークショップ機器,自動車アプリケーション,消費者製品では,隔離要件が非常に一般的です.隔離システムを設計する際には,申請の特異性も考慮する必要がありますバッテリーの電源の使用やコンパクトなパッケージの必要性などです
適切な隔離コンポーネントを選択するには,設計者は様々な隔離構造の利点,欠点,構成を理解する必要があります.最も有効な方法を採用することができます電子設計で,信頼性があり,スペースを節約する隔離器.
隔離器をよく知る
電気隔離は様々な方法で行うことができますが,どれも共通の基本原理があります. プライマリサイドの高電圧入力は低電圧から隔離されます.いくつかの物理的な障壁を通過する低電流二次側隔離バリアの詳細と隔離バリアを通過する電源,信号,または両方の送信方法は,隔離器の種類に依存する.
光結合器はLEDを用いて,第一面の信号を電気パルスから光子に変換する.二次面では,光トランジスタ,光二极管,光電池などの光敏感要素が使用されます.光電磁場効果トランジスタは,光子を受容し,それらを電気信号に変換する.オプトコップラーは,次要回路と次要回路を物理的に隔離することに加えて,出力信号の不必要なノイズも自動的に排除し,接地ループを防ぐことができます.
磁気コップラーでは トランスフォーマーの第一回線上の電圧が磁場を生成します この磁場は二次回線上の誘導電圧を生成します電気隔離を維持しながら電気信号を送信するトランスフォーマーには,単一の鉄コアに独立したローリングが2つあり,または,それぞれの鉄コアの周りにローリングローリングを持つ,2つのインダクターであり,隔離材料によって隔離されます.設計者 が 磁気 結合 を 選ぶ 理由 は,高 電圧 に 対応 する 能力 が ある から ですしかし,隔離器の大きさ,熱発生の可能性,電気磁気干渉の発生も考慮されるべきです.
容量結合器は,介電材料によって分離された2つの電極からなる電容器を使用する.入力電圧は主側電極に電荷を蓄積する.電子は電磁場を発生させ,電圧を誘発します.容量結合器は,その小さなサイズ,低電力消費量,入力変化への迅速な反応で知られています.隔離ゲートを通る電気信号の伝送に便利で効率的な設計者は,電容式コップラーを入力電圧,環境の湿度,および電解障害の影響から保護するための措置を講じなければならない.
デジタル隔離装置を設置する
上記類の隔離器のうちのいずれも,統合回路 (IC) のデジタル隔離器システムに統合することができる.これらのトポロジカル構造は,単一のチップ上の完全なデジタル隔離システムを形成するために,電源モジュールまたは信号伝送コンポーネントとさらに統合することができます.デジタルアイソレーターシステムの一般的なトポロジー構造には,フライバック,ハフブリッジ,プッシュプルが含まれます.
フライバック電源は磁気隔離形式で シャントインダクタとブックブーストコンバータを組み合わせ トランスフォーマーを作ります必要な出力に対応するために直流 (DC) 入力の電圧を増加または減少させるバックブースト変換器のフィードバックは,3段階のインダクタリングまたはオプトコップラーによって提供されます.低電力アプリケーションではフライバック電源を使用することが推奨されます.しかし設計者は,不要な EMI が生成される可能性があることを認識する必要があります.
ハーフブリッジ (H-ブリッジ) 設計には,H-ブリッジの平方波発生器, 2つのインダクタと1つのコンデンサからなる共鳴回路 (LLC),必要なDC出力電圧を供給できる2つの直線器特定の設計と比較して,直線器はより高い出力を達成することができ,中程度の電力アプリケーションのためにHブリッジ隔離設計を使用することが推奨されます.
プッシュ・プル分離電源は,磁気結合のために2つのトランスフォーマーを使用する. 2つのスイッチが交互にトランスフォーマーを切り替えて入力電圧を受信する.二次的な側にある2つのフルブリッジ直線ダイオードは,電圧変化を予測し,対称的な出力にそれらを調節することができます.
制御を強化するために 設計者は プッシュ・プル装置に トランスフォーマードライバを追加することを選択できます このドライバには オシレーター,周波数分割器,BBMモードでスイッチの開閉を調整する論理コントローラこのモードでは,内部および下流のコンポーネントを2つのスイッチを同時に接続することで引き起こされる損傷から保護しながら,比較的恒定的出力信号を生成できます.
トランスフォーマードライバを搭載したシステムは,出力を制御するために低脱出率の線形調節器 (LDO) を使用し,直導二極管を置き換えるか,その機能性を向上させることもできます.電圧差は,入力電圧と出力電圧の最小の差です.この差はLDOでは非常に小さく,幅広い入力電圧範囲で信頼性の高い動作を保証します.