Los sistemas eléctricos, cualquiera que sea su propósito, comparten tres requisitos clave: confiabilidad, seguridad y longevidad. Para garantizar un funcionamiento seguro, el usuario debe estar doblemente aislado de los peligrosos altos voltajes utilizados por el equipo. Para garantizar un funcionamiento fiable y duradero, la electrónica de control también debe protegerse de peligros como interferencias electromagnéticas y picos de tensión. Los optoacopladores de Avago ofrecen seguridad y protección incomparables con cualquier otra tecnología de aislamiento.
Los sistemas eléctricos, cualquiera que sea su propósito, comparten tres requisitos clave: confiabilidad, seguridad y longevidad. Para garantizar un funcionamiento seguro, el usuario debe estar doblemente aislado de los peligrosos altos voltajes utilizados por el equipo. Para garantizar un funcionamiento fiable y duradero, la electrónica de control también debe protegerse de peligros como interferencias electromagnéticas y picos de tensión. Los optoacopladores de Avago ofrecen seguridad y protección incomparables con cualquier otra tecnología de aislamiento.
Los diseñadores deben considerar muchos factores al elegir una técnica de aislamiento. Por supuesto, el factor principal es la seguridad del equipo y del personal. Los equipos industriales normalmente funcionan con señales de cientos a miles de voltios. Sin embargo, los umbrales de seguridad humana pueden ser tan bajos como 42 V CC o 60 V CA. La electrónica puede ser aún más sensible si consiste en circuitos integrados que pueden dañarse incluso con decenas de voltios aplicados a los pines incorrectos.
Incluso si otras partes del sistema eléctrico usan alto voltaje, deben operar en un área segura de voltaje extra bajo (SELV) para evitar daños a las personas y los equipos electrónicos. Separar estos dos dominios de voltaje y pasar información entre ellos es el trabajo del dispositivo de aislamiento. Estos dispositivos de aislamiento deben poder operar con esfuerzos continuos de cientos de voltios a través de la barrera de aislamiento.
Un segundo factor a considerar es la clasificación de aislamiento del dispositivo de aislamiento. Hay tres niveles de calificación de aislamiento: Funcional, Básico, Reforzado o Dual. El aislamiento funcional es lo que el dispositivo necesita para funcionar, no significa nada acerca de la seguridad. El aislamiento básico protege al usuario de descargas eléctricas a menos que se comprometa la barrera de aislamiento. El aislamiento doble o reforzado proporciona una operación a prueba de fallas donde si falla un nivel de aislamiento, el segundo nivel de aislamiento continúa protegiendo al usuario. Todas las líneas de señal desde el área de alto voltaje hasta la electrónica que maneja las interfaces orientadas al usuario, como interruptores y pantallas, requieren aislamiento con una clasificación de aislamiento reforzada. Una de las principales consideraciones para lograr una clasificación de aislamiento reforzada es la distancia de penetración del aislamiento (DTI) que las señales de alto voltaje deben atravesar para llegar a los humanos.
pensar más allá de la seguridad
Aunque no está directamente relacionado con la seguridad humana, un factor importante para la seguridad de los equipos electrónicos y el funcionamiento confiable de los equipos es la compatibilidad electromagnética (EMC). Los parámetros como la inmunidad al ruido de modo común y la susceptibilidad radiada son importantes para garantizar que los dispositivos de aislamiento transmitan señales de control sin errores. Las emisiones radiadas son una medida importante de si un dispositivo de aislamiento generará errores en otras líneas de señal.
Los diseñadores también deben ser conscientes de los mecanismos de desgaste que pueden provocar fallas en el dispositivo de aislamiento con el tiempo. Los transitorios de alto voltaje, como las descargas electrostáticas (ESD) y las sobretensiones, son un tipo de mecanismo de falla. La ESD a menudo es causada por la acumulación de estática en los trabajadores, mientras que las sobretensiones son el resultado del retroceso de las cargas cambiantes en las fuentes de alimentación del sistema o la conmutación de cargas inductivas. Estos transitorios de voltaje, por sí mismos, no conducen inmediatamente a la falla del dispositivo, pero pueden causar daños que luego pueden conducir a la falla.
La tensión continua de alto voltaje a través de la barrera de aislamiento también puede provocar fallas, especialmente si hay vacíos en el material de aislamiento. Las descargas eléctricas parciales dentro de estos vacíos pueden desgastar el material aislante y, en última instancia, provocar fallas. Para evitar que ocurra esta perturbación durante la vida útil del equipo, el diseñador debe considerar la clasificación de vida útil de alto voltaje del dispositivo de aislamiento.
Tecnología de aislamiento
Hay varios tipos diferentes de tecnologías de aislamiento que los desarrolladores deben considerar. Uno de los más simples usa un capacitor para evitar voltajes de CC iguales en ambos lados de la barrera de aislamiento. El aislamiento capacitivo, también llamado acoplamiento de CA, solo pasa cambios en los niveles de la señal lógica, no los niveles lógicos en sí. El acoplamiento capacitivo se basa en cambios en el campo electrostático entre placas para transferir información.
El aislamiento magnético utiliza el equivalente de un transformador en la ruta de la señal que se acopla magnéticamente a través de la barrera de aislamiento desde la bobina de entrada hasta la bobina de salida. Dicho acoplamiento magnético solo puede pasar señales de CA de alta frecuencia, no niveles de CC. Se debe incluir un método de codificación de niveles lógicos como una señal de CA en el dispositivo de aislamiento magnético.
El aislamiento de RF utiliza la codificación de “encendido-apagado” para transformar las señales lógicas de un transmisor en pulsos de radio que se acoplan magnética o capacitivamente a un receptor. Este enfoque resuelve el problema de mantener los niveles lógicos de CC. Sin embargo, es más complicado ya que requiere componentes de RF activos.
Los optoacopladores, como sugiere su nombre, utilizan la luz para transmitir información a través de una barrera de aislamiento. Una señal de entrada modula la intensidad de salida del diodo emisor de luz. Un fotodiodo responde a una señal de luz encendiendo y apagando un transistor de salida. A diferencia de los campos magnéticos o electrostáticos utilizados en otras técnicas de aislamiento, el acoplamiento óptico no necesita estar muy cerca para ser efectivo.
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