- Jenis Isolasi Galvanis
- Isolasi Sinyal
- Isolasi Tingkat Daya
- Kapasitor sebagai Isolator
- Isolasi galvanik - Aplikasi
- Contoh Praktis isolasi Galvanik
Oven microwave rumah tangga rata-rata yang beroperasi pada 110 / 220V AC dapat menghasilkan hingga 2800V di dalamnya, yang sangat mematikan. Selain itu juga memiliki tegangan AC level rendah sekitar 3.5V untuk menerangi filamen dan tegangan DC yang diatur seperti 5V / 3.3V untuk bagian elektronik digital seperti display atau timer untuk beroperasi. Pernahkah Anda bertanya-tanya apa yang mencegah tegangan tinggi ini menjangkau jari Anda melalui tombol atau casing saat Anda menyentuh oven? Jawaban atas pertanyaan Anda adalah "isolasi". Saat merancang produk elektronik yang melibatkan lebih dari satu jenis sinyal atau lebih dari satu tegangan operasi, isolasi digunakan untuk mencegah satu sinyal mengacaukan sinyal lainnya. Ini juga memainkan peran penting dalam keselamatan dengan mencegah kondisi kesalahan pada produk kelas industri. Isolasi ini umumnya disebut dengan isolasi Galvanic. Mengapa istilah "Galvanic"? Itu karena galvanik mewakili arus yang dihasilkan oleh semacam aksi kimiawi, dan karena kita mengisolasi arus ini dengan memutus kontak konduktor, itu disebut sebagai Isolasi Galvanik.
Ada beberapa jenis teknik isolasi galvanik dan memilih yang tepat tergantung pada jenis isolasi, kapasitas penahan, persyaratan aplikasi dan jelas, faktor biaya juga terlibat. Pada artikel ini kita akan mempelajari tentang berbagai jenis isolasi, cara kerjanya dan di mana menggunakannya dalam desain kita.
Jenis Isolasi Galvanis
- Isolasi Sinyal
- Isolasi Tingkat Daya
- Kapasitor sebagai Isolator
Isolasi Sinyal
Isolasi level sinyal diperlukan di mana dua sirkuit yang berbeda sifatnya berkomunikasi satu sama lain menggunakan beberapa jenis sinyal. Misalnya, dua sirkuit yang menggunakan sumber daya independen dan beroperasi pada level tegangan yang berbeda. Dalam kasus seperti itu, untuk mengisolasi arde individu dari dua sumber daya independen dan untuk berkomunikasi antara dua sirkuit tersebut, diperlukan isolasi level sinyal.
Isolasi sinyal dilakukan dengan menggunakan jenis isolator yang berbeda. Isolator optik dan elektromagnetik banyak digunakan dalam tujuan isolasi sinyal. Kedua isolator ini melindungi sumber arde yang berbeda agar tidak bergabung bersama. Setiap Isolator memiliki prinsip operasi dan aplikasinya yang unik yang dibahas di bawah ini.
1. Isolator Optik
Isolator optik menggunakan lampu untuk berkomunikasi antara dua sirkuit independen. Biasanya, isolator optik alias Optocoupler memiliki dua komponen di dalam satu chip silikon, dioda pemancar cahaya, dan fototransistor. LED dikendalikan oleh satu rangkaian dan sisi transistor dihubungkan dengan rangkaian lainnya. Oleh karena itu, LED dan transistor tidak terhubung secara elektrik. Komunikasi hanya dilakukan dengan lampu, secara optik.
Perhatikan gambar di atas. Optoisolator PC817 yang populer mengisolasi dua sirkuit independen. Sirkuit 1 adalah sumber daya dengan sakelar, sirkuit 2 adalah output level logika yang terhubung dengan catu daya 5V yang berbeda. Keadaan logika dikendalikan oleh sirkuit kiri. Saat sakelar ditutup, LED di dalam optocoupler menyala dan menyalakan transistor. Status logika akan diubah dari Tinggi ke Rendah.
Sirkuit 1 dan sirkuit 2 diisolasi menggunakan sirkuit di atas. Isolasi galvanik sangat berguna untuk rangkaian di atas. Ada beberapa situasi di mana kebisingan tanah berpotensi tinggi diinduksi di tanah berpotensi rendah dan menciptakan loop tanah yang selanjutnya bertanggung jawab atas pengukuran yang tidak akurat. Mirip dengan PC817, ada banyak jenis Optocoupler untuk kebutuhan aplikasi yang berbeda.
2. Isolator Elektromagnetik
Optoisolator berguna untuk isolasi sinyal DC, tetapi isolator elektromagnetik seperti transformator sinyal kecil berguna untuk isolasi sinyal AC. Transformator seperti trafo audio memiliki sisi primer dan sekundernya yang terisolasi yang dapat digunakan untuk isolasi sinyal audio yang berbeda. Penggunaan lain yang paling umum adalah di perangkat keras jaringan atau bagian Ethernet. Transformator pulsa digunakan untuk mengisolasi kabel eksternal dengan perangkat keras internal. Bahkan saluran telepon digunakan isolator sinyal berbasis transformator. Namun, karena transformator diisolasi secara elektromagnetik, ia hanya bekerja dengan AC.
Gambar di atas adalah skema internal jack RJ45 dengan trafo pulsa terintegrasi untuk mengisolasi bagian MCU dengan Output.
Isolasi Tingkat Daya
Isolasi tingkat daya diperlukan untuk mengisolasi perangkat yang sensitif daya rendah dari saluran bising daya tinggi atau sebaliknya. Selain itu, isolasi tingkat daya memberikan keamanan yang tepat dari tegangan saluran berbahaya dengan mengisolasi saluran tegangan tinggi dari operator dan bagian lain dari sistem.
1. Transformator
Isolator tingkat daya yang populer sekali lagi adalah Transformer. Ada aplikasi yang sangat besar untuk trafo, penggunaan yang paling umum adalah untuk memberikan tegangan rendah dari sumber tegangan tinggi. Trafo tidak memiliki sambungan antara primer dan sekunder tetapi dapat menurunkan tegangan dari AC tegangan tinggi ke AC tegangan rendah tanpa kehilangan isolasi galvanik.
Gambar di atas menunjukkan transformator step-down sedang beraksi di mana input sisi primer dihubungkan ke stopkontak dan sekunder dihubungkan melintasi beban resistif. Sebuah trafo isolasi yang tepat memiliki rasio 1: 1 bergantian dan tidak mengubah tegangan atau tingkat saat ini di kedua sisi. Satu-satunya tujuan trafo isolasi adalah untuk menyediakan isolasi.
2. Relai
Relay adalah isolator populer dengan aplikasi besar di bidang elektronik dan kelistrikan. Ada banyak jenis relai yang tersedia di pasar elektronik tergantung pada aplikasinya. Jenis yang populer adalah relai elektromagnetik dan relai solid state.
Relai elektromagnetik bekerja dengan bagian yang dapat digerakkan secara elektromagnetik dan mekanis yang sering disebut sebagai kutub. Ini berisi elektromagnet yang menggerakkan kutub dan melengkapi rangkaian. Relai menciptakan isolasi ketika rangkaian tegangan tinggi perlu dikontrol dari rangkaian tegangan rendah atau sebaliknya. Dalam situasi seperti itu, kedua sirkuit diisolasi tetapi satu sirkuit dapat memberi energi pada relai untuk mengontrol yang lain.
Pada gambar di atas, dua sirkuit secara elektrik tidak bergantung satu sama lain. Tetapi dengan menggunakan sakelar pada Sirkuit-1, pengguna dapat mengontrol status beban pada sirkuit 2. Pelajari lebih lanjut tentang bagaimana relai dapat digunakan di Sirkuit.
Tidak banyak perbedaan antara Solid State Relay dan elektromekanis dalam hal kerja. Solid state relay bekerja persis sama tetapi bagian elektro-mekanis diganti dengan dioda yang dikontrol secara optik. Isolasi galvanik dapat dibangun karena tidak adanya koneksi langsung antara input dan output relay solid state.
3. Sensor Efek Hall
Tak perlu dikatakan bahwa pengukuran arus adalah bagian dari teknik Elektro dan Elektronika. Ada berbagai jenis metode penginderaan saat ini yang tersedia. Seringkali pengukuran diperlukan untuk jalur tegangan tinggi dan arus tinggi dan nilai yang dibaca harus dikirim ke sirkuit tegangan rendah yang merupakan bagian dari rangkaian pengukuran. Juga dari perspektif pengguna, pengukuran invasif berbahaya dan tidak mungkin diterapkan. Sensor Hall Effect memberikan pengukuran arus nirsentuh secara akurat dan membantu mengukur arus yang mengalir melalui konduktor dengan cara non-invasif. Ini memberikan isolasi yang tepat dan memastikan keamanan dari listrik yang berbahaya. Sensor Hall Effect menggunakan medan elektromagnetik yang dihasilkan melintasi konduktor untuk memperkirakan arus yang mengalir melaluinya.
Cincin inti dihubungkan ke konduktor dengan cara non-invasif dan diisolasi secara elektrik seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas.
Kapasitor sebagai Isolator
Metode yang paling tidak populer untuk mengisolasi rangkaian adalah dengan menggunakan kapasitor. Karena ketidakefisienan dan hasil kegagalan yang berbahaya, ini tidak lagi disukai, tetapi tetap mengetahui bahwa ini mungkin berguna saat Anda ingin membuat isolator mentah. Kapasitor memblokir DC dan memungkinkan lewatnya sinyal AC frekuensi tinggi. Karena sifat yang sangat baik ini, kapasitor digunakan sebagai isolator dalam desain di mana arus DC dari dua rangkaian perlu diblokir tetapi tetap memungkinkan transmisi data.
Gambar di atas menunjukkan kapasitor digunakan untuk tujuan isolasi. Pemancar dan penerima keduanya terisolasi, tetapi komunikasi data dapat dilakukan.
Isolasi galvanik - Aplikasi
Isolasi galvanik sangat penting dan aplikasinya sangat besar. Ini adalah parameter penting dalam barang konsumsi serta di sektor Industri, Medis, dan komunikasi. Di pasar elektronik industri, isolasi galvanik diperlukan untuk sistem Distribusi Daya, generator listrik, sistem pengukuran, Pengontrol motor, perangkat logika Input-Output, dll.
Di bidang medis, isolasi merupakan salah satu prioritas utama peralatan karena alat kesehatan dapat langsung dihubungkan dengan tubuh pasien. Perangkat tersebut adalah EKG, Endoskopi, Defibrillator, berbagai jenis perangkat imajinasi. Sistem komunikasi tingkat konsumen juga menggunakan isolasi galvanik. Salah satu contoh umum adalah Ethernet, Router, Switcher, Sakelar telepon, dll. Barang konsumen biasa, seperti pengisi daya, SMPS, papan logika komputer adalah produk paling umum yang menggunakan isolasi galvanik.
Contoh Praktis isolasi Galvanik
Rangkaian di bawah ini adalah rangkaian aplikasi khas dari Full-duplex IC MAX14852 yang diisolasi secara galvanis (Untuk kecepatan komunikasi 500 kbps) atau MAX14854 (Untuk kecepatan komunikasi 25 Mbps) pada jalur komunikasi RS-485 dengan unit mikrokontroler. IC diproduksi oleh perusahaan manufaktur semikonduktor populer, Maxim Terintegrasi.
Contoh ini adalah salah satu contoh terbaik dari contoh isolasi galvanik pada peralatan industri. RS-485 adalah protokol komunikasi tradisional yang banyak digunakan yang digunakan dalam peralatan industri. Penggunaan populer dari RS-485 adalah dengan menggunakan protokol MODBUS di atas segmen TTL.
Misalkan transformator AC tegangan tinggi menyediakan data sensor yang dipasang di dalam Transformator melalui protokol RS-485. Seseorang perlu menghubungkan perangkat PLC dengan port RS-485 untuk memanen data dari transformator. Tapi masalahnya ada di jalur komunikasi langsung. PLC menggunakan level tegangan yang sangat rendah dan sangat sensitif dengan ESD atau lonjakan yang tinggi. Jika sambungan langsung digunakan, PLC dapat berisiko tinggi dan perlu diisolasi secara galvanis.
IC tersebut sangat berguna untuk melindungi PLC dari ESD atau lonjakan arus.
Sesuai datasheet, Kedua IC memiliki kapasitas menahan +/- 35kV ESD dan 2.75kVrms menahan tegangan isolasi hingga 60 detik. Tidak hanya itu, IC tersebut juga mengkonfirmasi Tegangan Isolasi Kerja 445Vrms, menjadikannya isolator yang cocok untuk digunakan dalam peralatan otomasi industri.