🍟 🉑 🦌 विद्युत अपघटन। यदि कोई ऑप्टोकॉपलर नहीं है, तो कौन? 👄 🚎 ♻️

गैल्वेनिक अलगाव के रूप में इलेक्ट्रॉनिक्स में ऐसी चीज है। इसकी क्लासिक परिभाषा ऊर्जा का हस्तांतरण या विद्युत संपर्क के बिना विद्युत सर्किट के बीच एक संकेत है। यदि आप एक शुरुआती हैं, तो यह शब्दांकन बहुत सामान्य और रहस्यमय भी लगेगा। यदि आपके पास इंजीनियरिंग का अनुभव है या केवल भौतिकी को अच्छी तरह से याद है, तो सबसे अधिक संभावना है कि आपने पहले से ही ट्रांसफॉर्मर और ऑप्टोकॉपर्स के बारे में सोचा है।

बिल्ली के नीचे का लेख डिजिटल संकेतों के गैल्वेनिक अलगाव के विभिन्न तरीकों के लिए समर्पित है । हम आपको बताएंगे कि आखिर इसकी आवश्यकता क्यों है और निर्माता आधुनिक माइक्रो-सर्किट के इन्सुलेशन अवरोध को "अंदर" कैसे लागू करते हैं।

यह, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, डिजिटल संकेतों के अलगाव पर ध्यान केंद्रित करेगा। इसके अलावा पाठ में, गैल्वेनिक अलगाव से हमारा मतलब है कि दो स्वतंत्र विद्युत परिपथों के बीच सूचना संकेत का संचरण।

इसकी आवश्यकता क्यों है

तीन मुख्य कार्य हैं जो डिजिटल सिग्नल को डिकूप करके हल किए जाते हैं।

पहले उच्च वोल्टेज के खिलाफ संरक्षण आता है। वास्तव में, गैल्वेनिक अलगाव का प्रावधान एक आवश्यकता है जो सुरक्षा उपकरण अधिकांश विद्युत उपकरणों पर रखता है।

एक माइक्रोकंट्रोलर, जो स्वाभाविक रूप से, एक छोटी आपूर्ति वोल्टेज है, एक पावर ट्रांजिस्टर या अन्य उच्च वोल्टेज डिवाइस के लिए नियंत्रण संकेत सेट करते हैं। यह एक सामान्य कार्य से अधिक है। यदि ड्राइवर के बीच कोई अलगाव नहीं है, जो बिजली और वोल्टेज और नियंत्रण उपकरण के संदर्भ में नियंत्रण संकेत को बढ़ाता है, तो माइक्रोकंट्रोलर बस बाहर जलने का खतरा है। इसके अलावा, I / O डिवाइस आमतौर पर नियंत्रण सर्किट से जुड़े होते हैं, जिसका अर्थ है कि "ऑन" बटन दबाने वाला व्यक्ति आसानी से सर्किट को बंद कर सकता है और कई सौ वोल्ट का झटका प्राप्त कर सकता है।

तो, संकेत के गैल्वेनिक अलगाव लोगों और उपकरणों की सुरक्षा के लिए कार्य करता है।

समान रूप से लोकप्रिय विभिन्न आपूर्ति वोल्टेज के साथ विद्युत सर्किट को बाधित करने के लिए एक इन्सुलेट बाधा के साथ माइक्रोक्रिस्केट का उपयोग होता है। सब कुछ सरल है: सर्किट के बीच कोई "बिजली का कनेक्शन" नहीं है, इसलिए सिग्नल इनपुट सर्किट में आउटपुट इनपुट पर सूचना संकेत के तार्किक स्तर हैं और क्रमशः "इनपुट" और "आउटपुट" सर्किट पर बिजली की आपूर्ति के अनुरूप होंगे।

प्रणालियों के शोर प्रतिरोधक क्षमता को बढ़ाने के लिए गैल्वेनिक अलगाव का भी उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में हस्तक्षेप के मुख्य स्रोतों में से एक तथाकथित सामान्य तार है, अक्सर डिवाइस का शरीर। गैल्वेनिक अलगाव के बिना जानकारी संचारित करते समय, सामान्य तार सूचना संकेत संचारित करने के लिए आवश्यक ट्रांसमीटर और रिसीवर की कुल क्षमता प्रदान करता है। चूंकि आम तौर पर आम तार बिजली के खंभे में से एक के रूप में कार्य करता है, विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को इससे जोड़ता है, विशेष रूप से बिजली वाले, अल्पकालिक आवेग शोर की घटना की ओर जाता है। इंसुलेटिंग बैरियर के माध्यम से कनेक्शन के साथ "विद्युत कनेक्शन" की जगह पर उन्हें बाहर रखा गया है।

यह कैसे काम करता है

परंपरागत रूप से, गैल्वेनिक अलगाव दो तत्वों पर निर्मित होता है - ट्रांसफार्मर और ऑप्टोकॉपर्स। यदि आप विवरण को छोड़ देते हैं, तो पूर्व का उपयोग एनालॉग सिग्नल के लिए किया जाता है, और डिजिटल के लिए बाद का। हम केवल दूसरे मामले पर विचार कर रहे हैं, इसलिए यह पाठक को यह याद दिलाने के लिए समझ में आता है कि ऑप्टोकॉपलर कौन है।

विद्युत संपर्क के बिना एक संकेत संचारित करने के लिए, एक प्रकाश उत्सर्जक की जोड़ी (सबसे अधिक बार एक एलईडी) और एक फोटोडेटेक्टर का उपयोग किया जाता है। इनपुट में विद्युत संकेत "प्रकाश दालों" में परिवर्तित हो जाता है, प्रकाश संचारण परत से गुजरता है, फोटोडेटेक्टर द्वारा प्राप्त किया जाता है, और वापस विद्युत संकेत में परिवर्तित होता है।

ऑप्टोकॉपलर अलगाव ने काफी लोकप्रियता अर्जित की है और कई दशकों तक डिजिटल संकेतों को डिकॉय करने के लिए एकमात्र तकनीक थी। हालांकि, सेमीकंडक्टर उद्योग के विकास के साथ, सब कुछ और सब कुछ के एकीकरण के साथ, microcircuits दिखाई दिया है कि अन्य, अधिक आधुनिक प्रौद्योगिकियों के कारण एक अलगाव अवरोध को लागू करते हैं।

डिजिटल आइसोलेटर एक या कई अलग-थलग चैनल प्रदान करने वाले माइक्रोक्रिस्केट होते हैं, जिनमें से प्रत्येक ध्वनि संचरण की गति और सिग्नल के प्रसारण की गति और सटीकता के संदर्भ में ऑप्टोकॉपर को "आउटपरफॉर्म करता है", सबसे अधिक बार, प्रत्येक चैनल की लागत के संदर्भ में।

डिजिटल इंसुलेटर की इन्सुलेशन बाधा विभिन्न तकनीकों का उपयोग करके निर्मित होती है। प्रसिद्ध कंपनी एनालॉग डिवाइसेसADUM डिजिटल आइसोलेटर्स में एक बाधा के रूप में एक पल्स ट्रांसफार्मर का उपयोग करता है। माइक्रोकिरिट हाउस के अंदर दो क्रिस्टल होते हैं और, एक पॉलीमाइड फिल्म, एक पल्स ट्रांसफार्मर पर अलग से बनाया जाता है। क्रिस्टल ट्रांसमीटर सूचना संकेत के सामने दो छोटे दालों को उत्पन्न करता है, और एक नाड़ी सूचना संकेत के पतन के साथ। नाड़ी ट्रांसफार्मर क्रिस्टल ट्रांसमीटर पर दालों को प्राप्त करने के लिए एक छोटी सी देरी के साथ अनुमति देता है जिस पर उलटा रूपांतरण किया जाता है।

वर्णित तकनीक का उपयोग सफलतापूर्वक गैल्वेनिक अलगाव के कार्यान्वयन में किया जाता है, कई मामलों में ऑप्टोकोप्लर्स से बेहतर है, हालांकि, यह ट्रांसफार्मर की संवेदनशीलता से लेकर शोर और विकृति के जोखिम से संबंधित कई प्रकार के नुकसान हैं, जब शॉर्ट सर्किट दालों के साथ काम करते हैं।

माइक्रोक्रिस्किट्स में शोर प्रतिरक्षा का एक उच्च स्तर प्रदान किया जाता है, जहां कैपेसिटर पर आइसोलेशन बाधा को लागू किया जाता है। कैपेसिटर का उपयोग रिसीवर और ट्रांसमीटर के बीच प्रत्यक्ष वर्तमान युग्मन को समाप्त करता है, जो सिग्नल सर्किट गैल्वेनिक अलगाव के बराबर है।

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कैपेसिटिव अलगाव के फायदे उच्च ऊर्जा दक्षता, छोटे आकार और बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों के प्रतिरोध हैं। यह आपको उच्च विश्वसनीयता के साथ कम लागत वाले एकीकृत इन्सुलेटर बनाने की अनुमति देता है। वे दो कंपनियों - टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स और सिलिकॉन लैब्स द्वारा निर्मित हैं । ये कंपनियां चैनल बनाने के लिए विभिन्न तकनीकों का उपयोग करती हैं, लेकिन दोनों ही मामलों में, सिलिकॉन डाइऑक्साइड का उपयोग ढांकता हुआ के रूप में किया जाता है। इस सामग्री में उच्च ढांकता हुआ ताकत है और कई दशकों के लिए माइक्रोचिप्स के निर्माण में उपयोग किया गया है। नतीजतन, SiO2 आसानी से क्रिस्टल में एकीकृत हो जाता है, और कुछ माइक्रोमीटर मोटी की एक ढांकता हुआ परत कई किलोवॉट का इन्सुलेशन वोल्टेज प्रदान करने के लिए पर्याप्त है।

एक (टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स) या दोनों (सिलिकॉन लैब्स) क्रिस्टल पर, जो डिजिटल आइसोलेटर के शरीर में स्थित हैं, कैपेसिटर पैड स्थित हैं। इन पैड्स के माध्यम से क्रिस्टल जुड़े होते हैं, इसलिए सूचना सिग्नल रिसीवर से ट्रांसमीटर से अलगाव बैरियर के माध्यम से गुजरता है।

हालांकि टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स और सिलिकॉन लैब्स एक क्रिस्टल में कैपेसिटिव बैरियर को एकीकृत करने के लिए बहुत ही समान तकनीकों का उपयोग करते हैं, वे एक सूचना सिग्नल को संचारित करने के लिए पूरी तरह से अलग सिद्धांतों का उपयोग करते हैं।

टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स से प्रत्येक पृथक चैनल एक अपेक्षाकृत जटिल सर्किट है।

इसके "निचले आधे" पर विचार करें। आरसी सर्किट को सूचना संकेत खिलाया जाता है, जिसमें से छोटी दालों को इनपुट संकेत के किनारे और क्षय के साथ लिया जाता है, इन दालों से संकेत बहाल हो जाता है। कैपेसिटिव बैरियर को पारित करने की यह विधि धीरे-धीरे बदलने (कम-आवृत्ति) संकेतों के लिए उपयुक्त नहीं है। निर्माता चैनलों को डुप्लिकेट करके इस समस्या को हल करता है - सर्किट का "निचला आधा" एक उच्च आवृत्ति चैनल है और 100 Kbps से संकेतों के लिए अभिप्रेत है।

100 केबीपीएस से कम आवृत्ति वाले सिग्नल को सर्किट के "ऊपरी आधे" में संसाधित किया जाता है। इनपुट सिग्नल को उच्च घड़ी आवृत्ति के साथ प्रारंभिक PWM मॉड्यूलेशन के अधीन किया जाता है, संग्राहक सिग्नल को आइसोलेशन बैरियर से खिलाया जाता है, आरसी चेन से दालों द्वारा सिग्नल को बहाल किया जाता है और फिर डीमोड्यूलेट किया जाता है।
पृथक चैनल के आउटपुट पर निर्णय लेने वाला सर्किट "निर्णय" करता है जिसमें से "आधा" सिग्नल को चिप के आउटपुट में भेजा जाना चाहिए।

जैसा कि टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स आइसोलेटर चैनल आरेख में देखा जा सकता है, अंतर सिग्नल ट्रांसमिशन का उपयोग कम-आवृत्ति और उच्च-आवृत्ति चैनल दोनों में किया जाता है। मैं इसके सार को पाठक को याद दिलाता हूं।

डिफरेंशियल ट्रांसमिशन सामान्य मोड के हस्तक्षेप से बचाने का एक सरल और प्रभावी तरीका है। ट्रांसमीटर की तरफ इनपुट संकेत "उलटा" दो विपरीत संकेतों V + और V- में होता है, जो एक ही तरह से अलग-अलग प्रकृति के सामान्य-मोड हस्तक्षेप से प्रभावित होते हैं। रिसीवर संकेतों को घटाता है और हस्तक्षेप के परिणामस्वरूप वीएसपी को बाहर रखा जाता है।

सिलिकॉन लैब्स डिजिटल आइसोलेटर्स में डिफरेंशियल ट्रांसमिशन का भी इस्तेमाल किया जाता है। इन माइक्रोक्रेसीपेट्स में एक सरल और अधिक विश्वसनीय संरचना है। कैपेसिटिव बैरियर से गुजरने के लिए, इनपुट सिग्नल हाई-फ्रीक्वेंसी OOK (ऑन-ऑफ कीइंग) मॉडुलेशन से गुजरता है। दूसरे शब्दों में, उच्च-आवृत्ति संकेत की अनुपस्थिति से सूचना संकेत की "इकाई" उच्च आवृत्ति संकेत की उपस्थिति और "शून्य" द्वारा एन्कोडेड है। संग्राहक संकेत संधारित्र की एक जोड़ी के माध्यम से विरूपण के बिना गुजरता है और ट्रांसमीटर के किनारे पर बहाल किया जाता है।

सबसे प्रमुख तरीकों में सिलिकॉन लैब्स डिजिटल आइसोलेटर्स ADUM IC से बेहतर प्रदर्शन करते हैं। TI से चिप्स सिलिकॉन लैब्स के समान कार्य के बारे में गुणवत्ता प्रदान करते हैं, लेकिन कुछ मामलों में वे सिग्नल ट्रांसमिशन की सटीकता में हीन हैं।

यह कहां काम करता है

मैं कुछ शब्दों को जोड़ना चाहूंगा जिनके बारे में माइक्रोकिरिस्क एक अलगाव अवरोध का उपयोग करते हैं।
पहले को डिजिटल आइसोलेटर कहा जाना चाहिए। वे एक आवास में संयुक्त रूप से अलग-थलग डिजिटल चैनल हैं। इनपुट और आउटपुट यूनिडायरेक्शनल चैनलों के अलग-अलग कॉन्फ़िगरेशन के साथ चिप्स, द्विदिश चैनलों के साथ आइसोलेटर्स (बस इंटरफेस को डिकूप करने के लिए उपयोग किया जाता है), बिजली अलगाव के लिए अंतर्निहित डीसी / डीसी नियंत्रक के साथ इन्सुलेटर उपलब्ध हैं।

अधिक तस्वीरें

Si86xx —

Si860x —

Si88xx — DC/DC-

डिजिटल इंसुलेटर के अलावा, बिजली ट्रांजिस्टर के लिए अलग-अलग ड्राइवर भी उपलब्ध हैं, जिसमें ऑप्टिकल ड्राइवरों की सीट, वर्तमान शंट एम्पलीफायरों, गैल्वेनिक रूप से पृथक एडीसी आदि शामिल हैं।

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Si823x —

Si8261 —

Si8920 —

Si890x —

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