Схема гальванической развязки.

Гальваническая развязка видеосигнала оказывается незаменимой при создании системы видеонаблюдения, в случае необходимости подавления помех.

Устройство позволяет усилить видеосигнал, плавно регулируя уровень усиления подстроечным резистором и компенсируя потерю четкости изображения, возникающие на длинных кабелях.

Гальваническая развязка – схема

Основа устройства развязки для систем видеонаблюдения – трансформатор гальванической развязки. В большинстве трансформаторных схем для электрической развязки вторичной цепи от первичной используется магнитная цепь трансформатора.

В случае, когда управляющая микросхема расположена на стороне первичного источника питания, требуется, чтобы цепь обратной связи по выходному напряжению пересекала изоляционный барьер.

Гальваническая развязка – схема для аналогового сигнала: трансформатор для передачи энергии обычно возбуждается прямоугольными импульсами, которые вырабатывает простейший генератор.

Можно для этого использовать тактовые импульсы АЦП.

Этот очевидный прием позволяет избавиться от одной оптопары.

Питающее напряжение выпрямляется диодом и сглаживается конденсатором.

Тактовые импульсы фильтруются от нежелательных всплесков цепью.

Гальваническая развязка – схема упрощается, если вместо АЦП использовать преобразователь напряжение-частота. ПНЧ работает непрерывно и не требует управления.

Однако для такого решения необходима дополнительная обработка данных (измерение частоты), а это либо нагружает микроконтроллер, либо требует применения дополнительных специализированных микросхем. Это особенно нежелательно в многоканальных системах.

Использование АЦП обеспечивает микроконтроллер цифровым значением без дополнительной обработки, но требует, как минимум, команды «Старт преобразования» и/или синхронизации последовательного интерфейса.

Чтобы запустить преобразователь, можно использовать монитор питания.

После подачи питающего напряжения, монитор будет давать команду «Старт преобразования».

Включая/выключая питание на достаточное время, можно обеспечить управление, но подобная схема ухудшает такой важный параметр системы, как количество преобразований за единицу времени.

Суммарный ток потребления схемы на стороне АЦП должен быть достаточно низким, поскольку во время «пауз» тактовой частоты вся схема питается энергией, запасенной в конденсаторе C2.

Для получения данных, необходимо найти величину, изменяя которую можно передать информацию со стороны АЦП в микроконтроллер.

Токовая петля 4…20 мА является хорошим примером передачи данных путем изменения потребляемого тока.

В нашем случае – это единственный путь, с той лишь разницей, что будет меняться мгновенное потребление схемы.

Если АЦП передает логический нуль, транзистор закрыт, и ток потребления схемы равен суммарному потреблению всех электронных компонентов на стороне АЦП.

При передаче логической единицы транзистор открывается и добавляет дополнительную нагрузку.

Датчик тока потребления и компаратор формируют последовательные данные для загрузки в блок гальванической развязки через микроконтроллер.

Для нормальной работы схемы разница токов потребления без (и с) резистором должна быть значительной.

Преобразователь имеет последовательный интерфейс, чрезвычайно низкое энергопотребление и уникальный вывод для управления.

Микросхема используется для генерации опорного напряжения АЦП, а также для питания всей схемы. Компаратор формирует тактовые импульсы.

Резистор служит для ограничения тока через входные защитные диоды, в том числе при первичной подаче питания.

Трансформатор гальванической развязки должен выбираться с расчётом на необходимость обеспечить отсутствие насыщения при передаче логических единиц, а также падение тока до нуля при закрытом транзисторе.

Магнитопровод не должен иметь зазоров.

Блок гальванической развязки может вмещать  пассивную защиту входа, фильтр низких частот, а также входной делитель.

Для запуска преобразования микроконтроллер должен пропустить 7 периодов тактовой частоты.

После этого, передавая 12 тактов, он должен загрузить данные из АЦП, защелкивая их по срезу тактовых импульсов.

После 12 импульса и до следующего преобразования микроконтроллер будет получать последовательность логических нулей.

Усложнив алгоритм управления, можно обеспечить переключение входов, реализовав тем самым двухканальную изолированную схему измерения.

В итоге можно использовать только один трансформатор гальванической развязки для изоляционного барьера.

Напряжение изоляции зависит только от конструкции трансформатора, оно может превышать наиболее распространенные значения 1,5 кВ или 2,5 кВ.

Полученная схема проста, недорога и требует минимума пространства на печатной плате.

Это позволяет использовать ее для реализации многоканальных схем измерения с индивидуальной развязкой и одновременным измерением.