గాల్వానిక్ ఐసోలేషన్ - సిగ్నల్ ఐసోలేషన్ మరియు పవర్ ఐసోలేషన్

110/220 వి ఎసి వద్ద పనిచేసే సగటు గృహ మైక్రోవేవ్ ఓవెన్ దాని లోపల 2800 వి వరకు ఉత్పత్తి చేయగలదు, ఇది ప్రమాదకరమైన ప్రాణాంతకం. అంతేకాకుండా, ఫిలమెంట్‌ను వెలిగించటానికి 3.5 వి చుట్టూ తక్కువ స్థాయి ఎసి వోల్టేజ్ మరియు డిస్ప్లే లేదా ఆపరేట్ చేయడానికి టైమర్స్ వంటి డిజిటల్ ఎలక్ట్రానిక్స్ భాగానికి 5 వి / 3.3 వి వంటి నియంత్రిత డిసి వోల్టేజ్ కూడా ఉంది. మీరు పొయ్యిని తాకినప్పుడు ఈ అధిక వోల్టేజ్‌లను బటన్ల ద్వారా లేదా కేసింగ్ ద్వారా మీ వేళ్లకు చేరకుండా నిరోధిస్తుందని మీరు ఎప్పుడైనా ఆలోచిస్తున్నారా? మీ ప్రశ్నకు సమాధానం “ఒంటరితనం”. ఒకటి కంటే ఎక్కువ రకాల సిగ్నల్ లేదా ఒకటి కంటే ఎక్కువ ఆపరేటింగ్ వోల్టేజ్‌లను కలిగి ఉన్న ఎలక్ట్రానిక్స్ ఉత్పత్తులను రూపకల్పన చేసేటప్పుడు, ఒక సిగ్నల్ మరొకటి గందరగోళానికి గురికాకుండా నిరోధించడానికి ఐసోలేషన్ ఉపయోగించబడుతుంది. పారిశ్రామిక-స్థాయి ఉత్పత్తులలో తప్పు పరిస్థితులను నివారించడం ద్వారా భద్రతలో ఇది కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది. ఈ ఐసోలేషన్‌ను సాధారణంగా గాల్వానిక్ ఐసోలేషన్ అంటారు. “గాల్వానిక్” అనే పదం ఎందుకు? గాల్వానిక్ ఒకరకమైన రసాయన చర్య ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన విద్యుత్తును సూచిస్తుంది మరియు కండక్టర్ పరిచయాన్ని విచ్ఛిన్నం చేయడం ద్వారా మేము ఈ ప్రవాహాన్ని వేరుచేస్తున్నందున దీనిని గాల్వానిక్ ఐసోలేషన్ అంటారు.

అనేక రకాల గాల్వానిక్ ఐసోలేషన్ పద్ధతులు ఉన్నాయి మరియు సరైనదాన్ని ఎంచుకోవడం అనేది ఏకాంతం యొక్క రకాన్ని బట్టి ఉంటుంది, సామర్థ్యం, ​​అనువర్తన అవసరాలను తట్టుకుంటుంది మరియు స్పష్టంగా, వ్యయ కారకం కూడా ఉంటుంది. ఈ వ్యాసంలో వివిధ రకాల ఒంటరితనం, అవి ఎలా పని చేస్తాయి మరియు వాటిని మా డిజైన్లలో ఎక్కడ ఉపయోగించాలో నేర్చుకుంటాము.

గాల్వానిక్ ఐసోలేషన్ రకాలు

• సిగ్నల్ ఐసోలేషన్
• శక్తి స్థాయి ఐసోలేషన్
• ఐసోలేటర్‌గా కెపాసిటర్లు

సిగ్నల్ ఐసోలేషన్

వేర్వేరు స్వభావం గల రెండు సర్క్యూట్లు కొన్ని రకాల సిగ్నల్ ఉపయోగించి ఒకదానితో ఒకటి సంభాషించుకునే చోట సిగ్నల్ స్థాయి ఐసోలేషన్ అవసరం. ఉదాహరణకు, స్వతంత్ర విద్యుత్ వనరును ఉపయోగించి రెండు సర్క్యూట్లు మరియు వేర్వేరు వోల్టేజ్ స్థాయిల నిర్వహణ. ఇటువంటి సందర్భాల్లో, రెండు స్వతంత్ర విద్యుత్ వనరుల యొక్క వ్యక్తిగత భూమిని వేరుచేయడానికి మరియు ఆ రెండు సర్క్యూట్ల మధ్య కమ్యూనికేట్ చేయడానికి, సిగ్నల్ స్థాయి ఐసోలేషన్ అవసరం.

వివిధ రకాల ఐసోలేటర్లను ఉపయోగించడం ద్వారా సిగ్నల్ ఐసోలేషన్ జరుగుతుంది. సిగ్నల్ ఐసోలేషన్ ప్రయోజనంలో ఆప్టికల్ మరియు విద్యుదయస్కాంత ఐసోలేటర్లను ప్రధానంగా ఉపయోగిస్తారు. ఈ రెండు ఐసోలేటర్లు వేర్వేరు భూ వనరులను కలపకుండా కాపాడుతుంది. ప్రతి ఐసోలేటర్ దాని స్వంత ప్రత్యేకమైన ఆపరేటింగ్ సూత్రం మరియు అనువర్తనాన్ని కలిగి ఉంది, ఇవి క్రింద చర్చించబడ్డాయి.

1. ఆప్టికల్-ఐసోలేటర్లు

ఆప్టికల్ ఐసోలేటర్ రెండు స్వతంత్ర సర్క్యూట్ల మధ్య కమ్యూనికేట్ చేయడానికి లైట్లను ఉపయోగిస్తుంది. సాధారణంగా, ఆప్టికల్ ఐసోలేటర్లు అకా ఆప్టోకపులర్ ఒకే సిలికాన్ చిప్ లోపల రెండు భాగాలు, లైట్ ఎమిటింగ్ డయోడ్ మరియు ఫోటోట్రాన్సిస్టర్. LED ఒక సర్క్యూట్ ద్వారా నియంత్రించబడుతుంది మరియు ట్రాన్సిస్టర్ వైపు ఇతర సర్క్యూట్‌తో అనుసంధానించబడి ఉంటుంది. అందువల్ల, LED మరియు ట్రాన్సిస్టర్ విద్యుత్తుతో అనుసంధానించబడలేదు. కమ్యూనికేషన్ లైట్ల ద్వారా మాత్రమే జరుగుతుంది, ఆప్టికల్‌గా.

పై చిత్రాన్ని పరిగణించండి. ప్రసిద్ధ ఆప్టోయిసోలేటర్ PC817 రెండు స్వతంత్ర సర్క్యూట్లను వేరుచేస్తోంది. సర్క్యూట్ 1 అనేది స్విచ్ ఉన్న శక్తి వనరు, సర్క్యూట్ 2 అనేది వేరే 5 వి సరఫరాతో అనుసంధానించబడిన లాజిక్ స్థాయి ఉత్పత్తి. లాజిక్ స్థితి ఎడమ సర్క్యూట్ ద్వారా నియంత్రించబడుతుంది. స్విచ్ మూసివేయబడినప్పుడు, ఆప్టోకపులర్ లోపల ఉన్న LED వెలిగిపోయి ట్రాన్సిస్టర్‌ను ఆన్ చేస్తుంది. లాజిక్ స్థితి హై నుండి తక్కువకు మార్చబడుతుంది.

సర్క్యూట్ 1 మరియు సర్క్యూట్ 2 పై సర్క్యూట్ ఉపయోగించి వేరుచేయబడతాయి. పై సర్క్యూట్‌కు గాల్వానిక్ ఐసోలేషన్ చాలా ఉపయోగపడుతుంది. తక్కువ సంభావ్య మైదానంలో అధిక సంభావ్య గ్రౌండ్ శబ్దం ప్రేరేపించబడిన మరియు గ్రౌండ్ లూప్‌ను సృష్టించే అనేక పరిస్థితులు ఉన్నాయి, ఇది సరికాని కొలతలకు మరింత బాధ్యత వహిస్తుంది. PC817 మాదిరిగానే వివిధ అనువర్తన అవసరాల కోసం అనేక రకాల ఆప్టోకపులర్ ఉన్నాయి.

2. విద్యుదయస్కాంత ఐసోలేటర్లు

డిసి సిగ్నల్ ఐసోలేషన్‌కు ఆప్టోఇసోలేటర్లు ఉపయోగపడతాయి, అయితే చిన్న సిగ్నల్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ల వంటి విద్యుదయస్కాంత ఐసోలేటర్లు ఎసి సిగ్నల్ ఐసోలేషన్‌కు ఉపయోగపడతాయి. ఆడియో ట్రాన్స్ఫార్మర్ వంటి ట్రాన్స్ఫార్మర్లు వాటి ప్రాధమిక మరియు ద్వితీయ వైపులా వేరుచేయబడి ఉంటాయి, వీటిని వేర్వేరు ఆడియో సిగ్నల్ ఐసోలేషన్ కోసం ఉపయోగించవచ్చు. మరొక సాధారణ ఉపయోగం నెట్‌వర్క్ హార్డ్‌వేర్ లేదా ఈథర్నెట్ విభాగంలో ఉంది. అంతర్గత హార్డ్‌వేర్‌తో బాహ్య వైరింగ్‌ను వేరుచేయడానికి పల్స్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌లను ఉపయోగిస్తారు. టెలిఫోన్ లైన్లు కూడా ట్రాన్స్ఫార్మర్ ఆధారిత సిగ్నల్ ఐసోలేటర్లను ఉపయోగిస్తాయి. కానీ, ట్రాన్స్ఫార్మర్లు విద్యుదయస్కాంత ద్వారా వేరుచేయబడినందున, ఇది AC తో మాత్రమే పనిచేస్తుంది.

పైన ఉన్న చిత్రం అవుట్‌పుట్‌తో MCU భాగాన్ని వేరుచేయడానికి ఇంటిగ్రేటెడ్ పల్స్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌తో RJ45 జాక్ యొక్క అంతర్గత స్కీమాటిక్.

శక్తి స్థాయి ఐసోలేషన్

తక్కువ శక్తి సున్నితమైన పరికరాలను అధిక శక్తి ధ్వనించే పంక్తుల నుండి వేరుచేయడానికి శక్తి స్థాయి ఐసోలేషన్లు అవసరం లేదా దీనికి విరుద్ధంగా. అలాగే, పవర్ లెవల్ ఐసోలేషన్ ఆపరేటర్ మరియు సిస్టమ్ యొక్క ఇతర భాగాల నుండి అధిక వోల్టేజ్ లైన్లను వేరుచేయడం ద్వారా ప్రమాదకర లైన్ వోల్టేజ్‌ల నుండి సరైన భద్రతను అందిస్తుంది.

1. ట్రాన్స్ఫార్మర్

ప్రసిద్ధ శక్తి స్థాయి ఐసోలేటర్ మళ్ళీ ట్రాన్స్ఫార్మర్. ట్రాన్స్ఫార్మర్ల కోసం అపారమైన అనువర్తనాలు ఉన్నాయి, అధిక వోల్టేజ్ మూలం నుండి తక్కువ వోల్టేజ్ను అందించడం సాధారణంగా ఉపయోగించబడుతుంది. ట్రాన్స్ఫార్మర్కు ప్రాధమిక మరియు ద్వితీయ మధ్య కనెక్షన్లు లేవు కాని గాల్వానిక్ ఐసోలేషన్‌ను కోల్పోకుండా అధిక వోల్టేజ్ ఎసి నుండి తక్కువ వోల్టేజ్ ఎసికి వోల్టేజ్‌ను తగ్గించగలవు.

పై చిత్రం చర్యలో స్టెప్-డౌన్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌ను చూపుతుంది, ఇక్కడ ప్రాధమిక సైడ్ ఇన్‌పుట్ గోడ సాకెట్‌లోకి అనుసంధానించబడి ఉంటుంది మరియు ద్వితీయ నిరోధక లోడ్‌లో అనుసంధానించబడి ఉంటుంది. ఒక 1 మలుపులు నిష్పత్తి: సరైన నిశ్చల ట్రాన్స్ఫార్మర్ ఒక 1 మరియు రెండు వైపులా వోల్టేజ్ లేదా ప్రస్తుత స్థాయి మార్చవు. ఐసోలేషన్ ట్రాన్స్ఫార్మర్ యొక్క ఏకైక ఉద్దేశ్యం ఐసోలేషన్ అందించడం.

2. రిలేస్

రిలే అనేది ఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు ఎలక్ట్రికల్ రంగంలో భారీ అనువర్తనంతో ప్రసిద్ధ ఐసోలేటర్. అప్లికేషన్‌ను బట్టి ఎలక్ట్రానిక్స్ మార్కెట్లో అనేక రకాల రిలేలు అందుబాటులో ఉన్నాయి. ప్రసిద్ధ రకాలు విద్యుదయస్కాంత రిలేలు మరియు ఘన స్థితి రిలేలు.

విద్యుదయస్కాంత రిలే విద్యుదయస్కాంత మరియు యాంత్రికంగా కదిలే భాగాలతో పనిచేస్తుంది. ఇది ధ్రువమును కదిలించి, సర్క్యూట్‌ను పూర్తిచేసే విద్యుదయస్కాంతాన్ని కలిగి ఉంటుంది. తక్కువ వోల్టేజ్ సర్క్యూట్ నుండి అధిక వోల్టేజ్ సర్క్యూట్లను నియంత్రించాల్సిన అవసరం వచ్చినప్పుడు రిలే ఐసోలేషన్‌ను సృష్టిస్తుంది. అటువంటి పరిస్థితిలో రెండు సర్క్యూట్లు వేరుచేయబడతాయి కాని ఒక సర్క్యూట్ మరొకదాన్ని నియంత్రించడానికి రిలేను శక్తివంతం చేస్తుంది.

పై చిత్రంలో, రెండు సర్క్యూట్లు ఒకదానికొకటి విద్యుత్ స్వతంత్రంగా ఉంటాయి. సర్క్యూట్ -1 లోని స్విచ్‌ను ఉపయోగించడం ద్వారా, వినియోగదారు సర్క్యూట్ 2 లో లోడ్ యొక్క స్థితిని నియంత్రించవచ్చు. సర్క్యూట్లో రిలేను ఎలా ఉపయోగించవచ్చనే దాని గురించి మరింత తెలుసుకోండి.

పని విషయంలో సాలిడ్ స్టేట్ రిలే మరియు ఎలక్ట్రోమెకానికల్ రిలే మధ్య చాలా తేడా లేదు. సాలిడ్ స్టేట్ రిలేలు సరిగ్గా ఒకే విధంగా పనిచేస్తాయి కాని ఎలక్ట్రో-మెకానికల్ భాగాన్ని ఆప్టికల్‌గా నియంత్రిత డయోడ్‌తో భర్తీ చేస్తారు. ఘన స్థితి రిలేల యొక్క ఇన్పుట్ మరియు అవుట్పుట్ మధ్య ప్రత్యక్ష కనెక్షన్ లేకపోవడం వల్ల గాల్వానిక్ ఐసోలేషన్ నిర్మించబడుతుంది.

3. హాల్ ఎఫెక్ట్ సెన్సార్లు

ప్రస్తుత కొలత ఎలక్ట్రికల్ మరియు ఎలక్ట్రానిక్స్ ఇంజనీరింగ్‌లో ఒక భాగం అని ప్రత్యేకంగా చెప్పనవసరం లేదు. ప్రస్తుత సెన్సింగ్ పద్ధతులు వివిధ రకాలు అందుబాటులో ఉన్నాయి. తరచుగా అధిక వోల్టేజ్ మరియు హై కరెంట్ మార్గాలకు కొలతలు అవసరమవుతాయి మరియు చదివిన విలువ కొలత సర్క్యూట్లో భాగమైన తక్కువ వోల్టేజ్ సర్క్యూట్రీకి పంపాలి. వినియోగదారు కోణం నుండి, దురాక్రమణ కొలత ప్రమాదకరమైనది మరియు అమలు చేయడం అసాధ్యం. హాల్ ఎఫెక్ట్ సెన్సార్లు కాంటాక్ట్‌లెస్ కరెంట్ కొలతను ఖచ్చితంగా అందిస్తాయి మరియు కండక్టర్ ద్వారా ప్రవహించే ప్రవాహాన్ని నాన్-ఇన్వాసివ్ మార్గంలో కొలవడానికి సహాయపడతాయి. ఇది సరైన ఒంటరిగా ఉంటుంది మరియు ప్రమాదకర విద్యుత్తు నుండి భద్రతను నిర్ధారిస్తుంది. హాల్ ఎఫెక్ట్ సెన్సార్ దాని ద్వారా ప్రవహించే విద్యుత్తును అంచనా వేయడానికి కండక్టర్ అంతటా ఉత్పత్తి చేయబడిన విద్యుదయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఉపయోగిస్తుంది.

కోర్ రింగ్ ఒక కండక్టర్ మీద నాన్వాసివ్ మార్గంలో కట్టివేయబడుతుంది మరియు పై చిత్రంలో చూపిన విధంగా ఇది విద్యుత్తుగా వేరుచేయబడుతుంది.

ఐసోలేటర్‌గా కెపాసిటర్లు

కెపాసిటర్లను ఉపయోగించడం ద్వారా సర్క్యూట్లను వేరుచేయడానికి తక్కువ జనాదరణ పొందిన పద్ధతి. అసమర్థత మరియు ప్రమాదకరమైన వైఫల్య ఫలితాల కారణంగా ఇది ఇకపై ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడదు, కానీ మీరు ముడి ఐసోలేటర్‌ను నిర్మించాలనుకున్నప్పుడు అది ఉపయోగకరంగా ఉంటుందని తెలుసుకోవడం. కెపాసిటర్లు DC ని బ్లాక్ చేస్తాయి మరియు అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ AC సిగ్నల్ను పంపించటానికి అనుమతిస్తాయి. ఈ అద్భుతమైన ఆస్తి కారణంగా, రెండు సర్క్యూట్ల DC ప్రవాహాలను నిరోధించాల్సిన అవసరం ఉన్నప్పటికీ, ఇంకా డేటా ప్రసారాన్ని అనుమతించే డిజైన్లలో కెపాసిటర్ ఐసోలేటర్లుగా ఉపయోగించబడుతుంది.

పై చిత్రంలో కెపాసిటర్లు ఐసోలేషన్ ప్రయోజనాల కోసం ఉపయోగించబడుతున్నాయి. ట్రాన్స్మిటర్ మరియు రిసీవర్ రెండూ వేరుచేయబడతాయి, కాని డేటా కమ్యూనికేషన్ చేయవచ్చు.

గాల్వానిక్ ఐసోలేషన్ - అప్లికేషన్స్

గాల్వానిక్ ఐసోలేషన్ చాలా అవసరం మరియు అప్లికేషన్ చాలా పెద్దది. ఇది వినియోగదారుల వస్తువులతో పాటు పారిశ్రామిక, వైద్య మరియు కమ్యూనికేషన్ రంగంలో ముఖ్యమైన పారామితి. ఒక పారిశ్రామిక ఎలెక్ట్రానిక్స్ మార్కెట్, చిలుము ఒంటరిగా పవర్ డిస్ట్రిబ్యూషన్ సిస్టమ్స్, పవర్ జనరేటర్లు, కొలత వ్యవస్థలు, మోటార్ నియంత్రకాలు, ఇన్పుట్-అవుట్పుట్ లాజిక్ పరికరాలు, మొదలైనవి అవసరం

లో వైద్య రంగం, ఒంటరిగా వైద్య పరికరాలను నేరుగా రోగి యొక్క శరీరాలతో అనుసంధానించవచ్చు వంటి పరికరాలు ప్రధాన అంశాలలో ఒకటి. ఇటువంటి పరికరాలు ఇసిజి, ఎండోస్కోప్స్, డీఫిబ్రిలేటర్స్, వివిధ రకాల ining హించే పరికరం. వినియోగదారుల స్థాయి కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థలు గాల్వానిక్ ఐసోలేషన్‌ను కూడా ఉపయోగిస్తాయి. ఒక సాధారణ ఉదాహరణ ఈథర్నెట్, రౌటర్లు, స్విచ్చర్లు, టెలిఫోన్ స్విచ్‌లు మొదలైనవి. సాధారణ వినియోగదారు వస్తువులు, ఛార్జర్లు, SMPS, కంప్యూటర్ యొక్క లాజిక్ బోర్డులు గాల్వానిక్ ఐసోలేషన్‌ను ఉపయోగించే అత్యంత సాధారణ ఉత్పత్తులు.

గాల్వానిక్ ఐసోలేషన్ యొక్క ప్రాక్టికల్ ఉదాహరణ

మైక్రో-కంట్రోలర్ యూనిట్‌తో RS-485 కమ్యూనికేషన్ లైన్‌లో గాల్వానిక్‌గా వివిక్త పూర్తి-డ్యూప్లెక్స్ IC MAX14852 (500 kbps కమ్యూనికేషన్ వేగం కోసం) లేదా MAX14854 (25 Mbps కమ్యూనికేషన్ స్పీడ్ కోసం) యొక్క సాధారణ అప్లికేషన్ సర్క్యూట్ ఈ క్రింది సర్క్యూట్. ప్రముఖ సెమీకండక్టర్ తయారీ సంస్థ మాగ్జిమ్ ఇంటిగ్రేటెడ్ ఈ ఐసిని తయారు చేస్తుంది .

పారిశ్రామిక పరికరాలపై గాల్వానిక్ ఐసోలేషన్ ఉదాహరణకి ఈ ఉదాహరణ ఉత్తమ ఉదాహరణ. పారిశ్రామిక పరికరాలలో ఉపయోగించే సాంప్రదాయ కమ్యూనికేషన్ ప్రోటోకాల్ RS-485. RS-485 యొక్క ప్రసిద్ధ ఉపయోగం TTL విభాగంలో MODBUS ప్రోటోకాల్‌ను ఉపయోగించడం.

హై వోల్టేజ్ ఎసి ట్రాన్స్ఫార్మర్ RS-485 ప్రోటోకాల్ ద్వారా ట్రాన్స్ఫార్మర్ లోపల వ్యవస్థాపించబడిన సెన్సార్ల డేటాను అందిస్తుందని అనుకుందాం. ట్రాన్స్ఫార్మర్ నుండి డేటాను కోయడానికి ఒక PLC పరికరాన్ని RS-485 పోర్టుతో కనెక్ట్ చేయాలి. కానీ సమస్య ప్రత్యక్ష కమ్యూనికేషన్ లైన్‌లో ఉంది. PLC చాలా తక్కువ వోల్టేజ్ స్థాయిని ఉపయోగిస్తుంది మరియు అధిక ESD లేదా ఉప్పెనతో చాలా సున్నితంగా ఉంటుంది. ప్రత్యక్ష కనెక్షన్ పనిచేస్తే, పిఎల్‌సి అధిక ప్రమాదంలో ఉంటుంది మరియు గాల్వానిక్‌గా వేరుచేయబడాలి.

పిఎల్‌సిని ఇఎస్‌డి లేదా సర్జెస్ నుండి రక్షించడానికి ఆ ఐసిలు చాలా ఉపయోగపడతాయి.

డేటాషీట్ ప్రకారం, రెండు IC లు +/- 35kV ESD మరియు 2.75kVrms సామర్థ్యాన్ని తట్టుకోగల సామర్థ్యాన్ని 60 సెకన్ల వరకు తట్టుకోగలవు. ఇది మాత్రమే కాదు, ఆ IC లు 445Vrms వర్కింగ్-ఐసోలేషన్ వోల్టేజ్‌ను కూడా ధృవీకరిస్తాయి, ఇది పారిశ్రామిక ఆటోమేషన్ పరికరాలలో ఉపయోగించటానికి అనువైన ఐసోలేటర్‌గా మారుతుంది.