Что такое изолирующий усилитель?

Что такое изолирующий усилитель?

Изолирующий усилитель — это усилитель, который может передавать сигналы, обеспечивая при этом электрическую изоляцию между входными и выходными сигналами.

Изолирующие усилители встраиваются во входные и выходные цепи печатных плат, таких как платы управления микроконтроллерами, для обеспечения изоляции постоянного тока от входящих сигналов и обеспечения точных измерений. По этой причине они обычно используются в измерительных приборах и медицинском оборудовании.

Они также служат для обеспечения безопасности пользователей. Функции включают в себя предотвращение поражения электрическим током, разветвление сигнала, меры противодействия высоким потенциалам земли и подавление шума.

Применение изолирующего усилителя

Изолирующие усилители защищают источники питания, удаляя обратные токи, вызванные высокими потенциалами земли. Их также можно устанавливать в средах с большим количеством источников шума.

Конкретные области применения следующие:

• Вагоны поездов
  Мониторинг напряжения и тока воздушной линии, мониторинг систем приводного питания, интерфейсы сигналов управления между поездами и т. д.
• Оборудование для производства электроэнергии
  Интерфейс между блоками производства электроэнергии и управления, мониторинг напряжения на клеммах каждого элемента батареи и солнечного элемента, соединенных последовательно, передача сигналов управления стабилизатором мощности и т. д.
• Связанные с FA
  Интерфейсы между датчиками и устройствами управления, передача сигналов управления для больших источников питания и т. д.
• Другое
  Медицинское оборудование, оборудование для производства полупроводников, коммуникационное оборудование, измерительное оборудование и т. д.

Включая их в ключевые места цепей, они выполняют функцию мер безопасности, предотвращая поражение пользователей электрическим током в случае неисправности оборудования.

Принцип изолирующих усилителей

Изолирующий усилитель — это тип усилителя, который управляет цепями, полностью разделяя и изолируя их, так что цепи не подвергаются влиянию заземления или общего источника питания. Основные методы передачи сигнала включают оптический, магнитный и емкостный, из которых работа магнитного метода заключается в следующем.

Входной сигнал в изолирующий усилитель сначала поступает в буферный усилитель1 на входной стороне. Этот усилитель имеет характеристики высокого входного импеданса и низкого выходного импеданса. Выходная сторона изолирующего усилителя представляет собой аналогичный буферный усилитель 2.

Между двумя буферными усилителями имеется изолирующая схема, но входная сторона полностью изолирована от выходной стороны по постоянному току. Изолирующая схема имеет трансформатор сигнала с коммутационными элементами, подключенными к первичной и вторичной катушкам соответственно. Синхронное выпрямление возможно путем повторения двух коммутационных элементов одновременно.

Синхронное выпрямление затем переносит напряжение на вторичную обмотку, равное напряжению сигнала, поступающего на первичную обмотку. Поэтому, даже если первичная и вторичная стороны трансформатора сигнала полностью изолированы, сигнал может быть снят со вторичной стороны.

Характеристики изолирующих усилителей

Изолирующий усилитель имеет следующие характеристики.

• Отсутствует утечка тока со стороны выхода на сторону входа, поэтому нет риска поражения электрическим током и может быть обеспечена безопасность.
• Поскольку он работает даже при наличии высокого напряжения между входом и выходом, возможно усиление сигнала высоковольтной секции.
• Работает даже при наличии чрезвычайно большого шума между входом и выходом, что позволяет устранить синфазный шум.
  Высокое выдерживаемое напряжение. (Многие продукты имеют напряжение в несколько тысяч вольт)

Другая информация о разделительных усилителях

1. Источник питания для разделительного усилителя

Изолирующие трансформаторы усилителя изоляции имеют силовой трансформатор в дополнение к трансформатору сигнала. На первичной стороне силового трансформатора добавляется прямоугольная волна от генератора, и та же самая прямоугольная волна генерируется на вторичной стороне.

Частота генератора устанавливается так, чтобы соответствовать частотной характеристике изолирующего усилителя: генератор прямоугольных волн примерно от 50 кГц до 100 кГц. Напряжение от силового трансформатора управляет коммутационными элементами как на первичной, так и на вторичной стороне соответственно.

Первичная и вторичная стороны силового трансформатора также изолированы друг от друга по постоянному току, а источники питания для первичного и вторичного буферных усилителей также подаются с первичной и вторичной сторон силового трансформатора.

2. Оптопара для изолирующего усилителя

Когда передача сигнала изолирующего усилителя является оптической, используется оптопара. Эта оптопара представляет собой оптическую ИС, используемую в схемах изолирующих усилителей при создании изолированной схемы, в которой вход и выход полностью расположены друг над другом, или при обнаружении сигналов с разными потенциалами.