Проста стратегія надійно з’єднує електронний дизайн без трансформаторів

Безтрансформаторні схеми можуть спричинити проблеми з безпекою або шумом, якщо їх підключити до ланцюгів, що використовують заземлення. Додавання операційного підсилювача між ними може усунути проблеми з безпекою, не створюючи проблем із шумом.

У ланцюгах малої потужності зазвичай використовуються безтрансформаторні джерела живлення. Однак використання заземлених ділянок у багатьох із цих ланцюгів створює серйозну проблему, яку часто ігнорують.

У дуже популярному додатку Примітка Microchip AN954 показано заземлення ланцюга (0 В), але посилання не містить інформації про те, чи можна його підключити до заземлення основного джерела живлення. 1 Аналогічним чином, у Примітці до застосування Apex Technology 35 описані схеми, які не можуть бути безпечно та законно пов'язані з будь-яким зовнішнім випробувальним обладнанням. 2

Причини цих проблем не важко побачити. У першому (AN954) заземлення схеми безтрансформаторного джерела живлення має високі напруги відносно нейтралі, і підключення його до землі може спричинити небезпечну ситуацію. Тому підключення будь-якого зовнішнього обладнання, заземлення якого підключено до землі, було б відверто небезпечним.

В останньому (Примітка 35) заземлення схеми безтрансформаторного джерела живлення підключено до нейтралі, тому підключення будь-якого зовнішнього обладнання до схеми (наприклад, осцилограф для усунення несправностей в ланцюзі) порушує правила проводки в більшості країн і зазвичай спричиняє автоматичний вимикач спрацьовувати, якщо зовнішнє обладнання має заземлений контур, підключений до землі.

Одним із рішень може бути спроба вставити невеликий резистор між відповідним заземленням схеми та заземленням зовнішнього обладнання. Це запобігає спрацьовуванню вимикача мережі та технічно уникає порушення правил електропроводки, але спричиняє нову проблему - шум між землею та нейтральними лініями. Цей шум потрапляє в ланцюг, перешкоджаючи призначенню заземлення. Зазвичай результат полягає в тому, що земляний покрив просто стає непридатним для використання.

Просте вирішення цієї проблеми передбачає, що заземлення безтрансформаторної схеми прив’язане до нейтралі, що є набагато більш популярною та бажаною стратегією для безтрансформаторних джерел живлення (див. Малюнок). Схема не є нічим вигадливим. Це простий диференціальний підсилювач, але його використання в цьому конкретному контексті є інноваційним. Це ілюструє, як сигнал від обладнання А може безпечно та надійно подаватися в обладнання В, незалежно від того, яке з них має проблематичне заземлення ланцюга.

Проста схема підсилювача, розміщена між безтрансформаторною ланцюгом із заземленням, прив'язаним до нейтралі, та ланцюгом із заземленням усуне проблеми безпеки та шуму, пов'язані з такими з'єднаннями.

Наприклад, A може бути генератором сигналу, що подається в безтрансформаторну схему B, в цьому випадку G1 є землею, а G2 нейтральною. Якщо B - це осцилограф, який використовується для усунення несправностей безтрансформаторного кола, A, G1 нейтральний, а G2 - земля. У будь-якому випадку, G1 є землею ланцюга A, а G2 - землею ланцюга B, а також землею схеми операційного підсилювача.

Коефіцієнт підсилення на обох входах підсилювача рівний і протилежний, тому нейтральний до землі шум (а це шум на G1 щодо G2) повністю відміняється і не з'являється на вході В. Фактично, схема дозволяє безпечне використання як нейтральної, так і заземлювальної клем, завдяки чому напруга шуму нейтральна земля відображається як сигнал загального режиму на вході операційного підсилювача. Ця проста стратегія долає дві вищеописані проблеми.

Буде працювати будь-який універсальний підсилювач JFET із входом єдності з низькою зміщеною напругою.

Список літератури

Кондіт, Рестон; «Безтрансформаторні джерела живлення: резистивні та ємнісні», Примітка AN954, Microchip Technology Inc., 2004.
«Структура джерела живлення змінного струму постійного струму», Примітка 35 до програми, Apex Technology, грудень 1999 р.

Аналіз Анупа

Ця ідея проектування описує спосіб підключення заземленого обладнання до обладнання, що живиться безпосередньо від ліній електропередачі змінного струму, без ізоляційного трансформатора між ними. Встановлення такого типу підключення часто є складним або небезпечним через різницю потенціалів, яка може існувати між нейтраллю лінії змінного струму та захисним заземленням або загальним заземленням обладнання та нейтраллю або землею.

Часто існує напруга між нейтраллю розетки змінного струму та захисним заземленням у будівлі. Ця напруга може становити від 30 до 40 В змінного струму в багатоповерхових будинках. Також шумно, оскільки може бути багато шляхів витоку з електрообладнання на землю, і ці шляхи змінюються, коли обладнання вмикається і вимикається або переходить між режимами низької та високої потужності, наприклад, кондиціонер із увімкненим та вимкненим компресором з постійно увімкненим вентилятором.

Схема, представлена в цьому IFD, передає вхідну диференціальну напругу на вихід, який має інший еталон заземлення. Будучи диференціальним буфером, він значно послаблює будь-які загальнорежимні напруги постійного струму (або загальномодні шуми), присутні на вхідних клем. Таким чином, він пропонує дві переваги. По-перше, це дозволяє з'єднувати обладнання з різними посиланнями на землю. По-друге, це послаблює загальномодний шум між підключеним обладнанням. Схема може використовуватися для сигналів постійного або змінного струму. Звичайно, використання його для сигналів постійного струму вимагає корекції зміщення.

Використовуючи цю схему, якщо одна сторона підключена безпосередньо до лінії, дотримуйтесь усіх запобіжних заходів, необхідних під час роботи з небезпечними високими напругами, оскільки завжди будуть протікати шляхи витоку, які можуть призвести до ураження електричним струмом.

Існує два альтернативні методи з'єднання такого обладнання між собою. Якщо задіяні чисті сигнали змінного струму, без зміщення постійного струму, між обладнанням А та обладнанням Б може використовуватися ізоляційний трансформатор 1: 1 із необхідною пропускною здатністю. Або використовуйте вимірювальний прилад, що працює від акумулятора, такий як портативний цифровий мультиметр або приціл, або інший пристрій, який не потребує заземлення.

Підхід "Cap-Drop" реалізує автономне джерело живлення для легких навантажень

Кілька стартапів та виробників продукції нещодавно анонсували інновації, які можуть пришвидшити впровадження електромобілів.