Хотя у вас уже может быть хорошее представление о том, что такое изоляция, но, возможно, у вас есть вопросы о различных ее типах и способах применения. В этой статье мы рассмотрим четыре основных типа изоляции и разберемся, как инженеры могут извлечь выгоду из новой полностью интегрированной трансформаторной технологии TI, которая обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с другими решениями с усиленной изоляцией.
Проще говоря, изоляция блокирует нежелательные электрические контакты постоянного и переменного тока между отдельными частями системы при передаче желаемых сигналов и / или мощности. Разработчики будут применять изоляцию во многих приложениях для питания драйверов затвора транзисторов высокого напряжения в цепях преобразователей частоты для питания электродвигателя, защиты цепей низкого напряжения в высоковольтных системах (таких как микропроцессоры в электрических системах автомобиля), предотвращать контакты между системами с различными потенциалами напряжения или предотвратить поражение электрическим током пользователей высоковольтного оборудования. Существует много разных уровней изоляции, включая функциональную, основную, двойную и усиленную изоляцию.
Функциональная изоляция
Функциональная изоляция, как следует из названия, просто обеспечивает функцию. Она предотвращает контакт между двумя системами с разными потенциалами напряжения, но не защищает пользователей от поражения электрическим током.
Основная изоляция
Основная изоляция — это следующий шаг. Это та же функциональная изоляция, но добавляет защиту от поражения электрическим током. Устройства класса I используют функциональную изоляцию вместе с заземлением для защиты пользователей. На рисунке ниже показано типичное устройство класса I.
Двойная изоляция
Двойная изоляция берет систему с основной изоляцией (базовый уровень защиты от поражения электрическим током) и добавляет дополнительный слой изоляции между токоведущими частями и конечным пользователем, чтобы уменьшить вероятность поражения электрическим током в случае отказа основной изоляции. Продукты класса II требуют двойной изоляции. Эти изделия изготавливаются с вилками переменного тока, на которых нет заземляющего контакта, что повышает безопасность изделия, поскольку оно не зависит от внешней проводки для безопасности пользователя. Примеры конечного оборудования с двойной изоляцией включают в себя системы мониторинга электрической сети (электроизмерительные приборы), портативные медицинские устройства, такие как внутривенные насосы, и электрические устройства, такие как блендеры или зарядные устройства для мобильных телефонов.
Второй слой физически изолирует внутренние токоведущие части (которые могут оказаться “под фазой”) от внешнего корпуса или использует непроводящий внешний корпус, такой как пластик. Устройства класса II обеспечивают некоторую степень безопасности по сравнению с устройствами класса I, поскольку они не зависят от внешней проводки для обеспечения избыточной защиты. Рисунок ниже иллюстрирует типичное устройство класса II.
Усиленная изоляция
Усиленная изоляция достигает того же результата, что и двойная изоляция с использованием одного слоя. Устройство с усиленной изоляцией обеспечивает основную изоляцию; Кроме того, оно предназначено для обеспечения физического разделения между дорожками печатной платы, сердечниками трансформатора или катушки, обмотками, контактами и другими элементами электрооборудования при соблюдении безопасного пути утечки электрического тока и зазора (которые относятся к физическому расстоянию между двумя системами напряжения). Усиленное устройство разработано с двойной изоляцией, но может быть проверено только как единое целое.
Стандарты безопасности определяют значения, которые должны быть достигнуты для сертификации. Например, Международная электротехническая комиссия (МЭК) 60950-1 требует пути утечки / зазора для основной изоляции 3,2 мм и пути утечки / зазора для усиленной и двойной изоляции 6,4 мм. Требования к номинальному напряжению для основной изоляции: 2500 ВРМС в течение 1 минуты и 3000 ВРМС в течение 1 секунды; для усиленной и двойной изоляции — 5000 VRMS за 1 минуту и 6000 VRMS за 1 секунду. Вы можете видеть, что именно усиленная / двойная изоляция — двойная основная изоляция. Устройства с двойной изоляцией обозначаются символами двойного корпуса, как показано на рисунке ниже.
После того как вы решили создать устройство класса II, вам потребуется двойная или усиленная изоляция. Зачем выбирать один из двух типов? Ответ заключается в габаритах и стоимости вашего решения. Как вы можете себе представить, одно устройство, которое выполняет работу двух, поддается физически меньшему решению. Вы добьетесь экономии не только за счет интеграции в единое устройство, но и за счет сокращения технических затрат, необходимых для соответствия стандарту безопасности изоляции.
Полностью интегрированные решения с усиленной изоляцией доступны в небольших корпусах, и их легко реализовать. Такие устройства имеют ряд преимуществ по сравнению с другими решениями. Например, Texas Instruments UCC12050 объединяет все элементы управления, драйверы, полевые транзисторы и магниты в одном корпусе. Вам нужно только разместить устройство на плате с несколькими обходными конденсаторами и следовать указаниям для правильной компоновки платы, чтобы разработать усиленное изолированное решение для приложений смещения питания с очень маленькой занимаемой площадью. Все инженерные работы были выполнены: не нужно проводить расчет электромагнитной совместимости, выбирать контроллера питания.
Стандарты, такие как Verband der Elektrotechnik (VDE) 0884-10 и Международная электротехническая комиссия (IEC) 60747-17, обеспечивают минимальные требования для сертификации устройств с усиленной изоляцией. UCC12050 отвечает всем требованиям для усиленной изоляции, с минимальной защитой 7 kVPK (в течение 1 секунды, испытано на производстве) и 5 кВРМС (в течение 1 минуты) изоляции.
Таким образом, функциональная и основная изоляция электрически изолирует одну шину напряжения от другой, в то время как двойная и усиленная изоляция предлагают взаимозаменяемые решения для одной и той же цели проектирования — удаления заземляющего штыря с вилки.
Усиленная изоляция обеспечивает преимущество по сравнению с двойной изоляцией, сводя два слоя изоляции электрического устройства к одному. Это хороший выбор в вашей системе, позволяющий сэкономить время, усилия, пространство и, возможно, затраты по сравнению с другими изолированными решениями для защиты пользователей от поражения электрическим током.
