[Siluan 0]

Добрый вечер!

Решил углубиться в изучение вопросов безопасности устройств работающих в силовой преобразовательной технике.

Анализируя отечественные устройства разработанные после 2000-го года, в основном для изоляции в больших количествах используют оптроны. В зарубежных оптроны есть, но не так много, в основном высокосторостные. Долго удивлялся когда не нашел оптронов гальванической развязки в регулируемом тиристорном выпрямителе DC BUS мощного частотника. В качестве изолятора 3 шт 2 МОм ных резистора! В отечественном девайсе в этом месте 6 оптронов с пазами в плате под ними. Помнится даже в каком то описании упоминалось про эти 2 МОм. Также современные микроконтроллеры имеющие аппаратный ZCD предполагают непосредственное подключение к сети через те же 2МОм, ни в одном мануале нет применения с оптронами.

А вопрос у меня такой, какими отечественными и зарубежными стандартами руководствуются проектировщики силовой электроники, в вопросах касаемых гальванической изоляции. Я понимаю, что можно ставить оптроны руководствуясь очевидными вещами, но хотелось бы подойти с научной точки зрения. Да и тем более лишняя опторазвязка на дешевых оптронах, это внесение задержек в сигнал, лишняя емкость, ненормируемые утечки, потребность в DC-DC.

Изменено 24 мая, 2021 пользователем Siluan

[Plain 168]

14 минут назад, Siluan сказал:

тиристорном выпрямителе DC BUS

Это неизолированный БП.

 

15 минут назад, Siluan сказал:

микроконтроллеры имеющие аппаратный ZCD предполагают непосредственное подключение к сети

Нет, предполагают подключение к вспомогательной обмотке.

 

И оптроны, вообще-то, есть не в каждом первом БП — в миллиардах БП АТХ применялись контроллеры на вторичной стороне, а на первичной были лишь силовые транзисторы, управляемые через трансформаторы, т.е. оптронов ноль.

[Siluan 0]

9 minutes ago, Plain said:

 

10 minutes ago, Plain said:

Это неизолированный БП.

Не совсем так, эта плата ПЧ имела свой трансформаторный блок с обмотками на 5, 12 и 24 В. Но связь схемы, питающейся через эти обмотки с силовой сетью 0,4 кВ, шла через резисторы 2 МОм. И регулирование напряжения управления 0...5 на плавный заряд конденсаторной батареи шло без развязки с другой платы, имеющей свое питание. Замли у этих плат общие, физически развязки в виде оптронов нет.

Трансформатор для ZCD это конечно правильно, но последние тенденции направлены на их вытеснение, и как вариант связи высокомегаоммный резистор.

 

[wim 6]

2 часа назад, Siluan сказал:

какими отечественными и зарубежными стандартами руководствуются проектировщики силовой электроники, в вопросах касаемых гальванической изоляции

В российских и европейских отечествах - IEC 60065, IEC 60950 и др. (в зависимости от области применения изделия). А в других зарубежных отечествах могут быть свои стандарты безопасности.

[2expres 0]

13 hours ago, Siluan said:

Анализируя отечественные устройства разработанные после 2000-го года, в основном для изоляции в больших количествах используют оптроны.

 

Оптроны для электробезопасности не имеют проблем. Вот что пишут по этому поводу:
"Наибольшую электрическую прочность имеют оптические изоляторы, поскольку в них излучающий светодиод может располагаться на значительном расстоянии от фотоприемника. Однако микросхемы этого типа наиболее чувствительны к уровню электромагнитных помех. Кроме того, электрооптические приборы со временем деградируют, что может стать причиной отказа преобразователя. Изоляция с помощью индуктивных элементов хорошо себя зарекомендовала, однако эти микросхемы чувствительны к внешнему магнитному полю и имеют достаточно высокую стоимость. Поэтому в опорном проекте CRD-22DD12N были использованы более дешевые изоляторы UCC5350производства Texas Instruments, с емкостной связью, обеспечивающей наименьшую задержку при передаче сигнала управления."
В ремонт много раз поступали блоки питания, работающие в непрерывном режиме более 20 лет. Применялись оптроны типа PC817, деградации не заметил, менялись в основном электролитические конденсаторы.

[vladec 7]

Связь через 2МОм резисторы -- является квазигальванической развязкой, при этом резисторы должны обеспечивать соответствие по рабочему напряжению, оно простых резисторов обычно порядка 200В (1206 и крупнее). Поэтому должны использоваться либо высоковольтные резисторы, либо по два или несколько последовательно включенных.

[Herz 4]

9 часов назад, 2expres сказал:

Однако микросхемы этого типа наиболее чувствительны к уровню электромагнитных помех.

...

Поэтому в опорном проекте CRD-22DD12N были использованы более дешевые изоляторы UCC5350производства Texas Instruments, с емкостной связью

Вот уж парадокс... Оптопары, оказывается, "наиболее чувствительны к уровню электромагнитных помех". Наверное, помехи прямо фотоны внутри оптронов генерируют.

А дешёвые изоляторы с емкостной связью - не чувствительны. ЧуднО.

[Siluan 0]

9 hours ago, vladec said:

Связь через 2МОм резисторы -- является квазигальванической развязкой, при этом резисторы должны обеспечивать соответствие по рабочему напряжению, оно простых резисторов обычно порядка 200В (1206 и крупнее). Поэтому должны использоваться либо высоковольтные резисторы, либо по два или несколько последовательно включенных.

Так и есть,эти резисторы размером с отечественный 1 Вт С2-23.

Если на вскидку, в промышленной электронике (бытовую и медицинскую технику не рассматриваем), каким должно быть сопротивление "утечек" например между цепями управления и шиной DC BUS или трехфазной силовой сетью. Для электрических машин нормируется не менее 1 МОм на 1000 В (это 1 мА по постоянному току), но это не совсем тот параметр (для электрических машин это токи утечки обмотка-корпус или обмотка-обмотка). 

[Plain 168]

13 часов назад, Siluan сказал:

 каким должно быть сопротивление "утечек"

Очевидно таким, чтобы в любой ситуации остаться сопротивлением, оптрон — оптроном, трансформатор — трансформатором, и т.д. Без дополнительных компонентов защиты, такого результата не получить.

[2expres 0]

15 hours ago, Herz said:

Вот уж парадокс... Оптопары, оказывается, "наиболее чувствительны к уровню электромагнитных помех". Наверное, помехи прямо фотоны внутри оптронов генерируют.

А дешёвые изоляторы с емкостной связью - не чувствительны. ЧуднО.

Понятно, что светодиод и фотоны не чувствительны к помехам. А в фототранзисторе протекают микро токи и он может реагировать на помехи. Удивился  "дешёвыми" UCC5350.

Я привел это, чтобы показать, что есть 3 типа гальванической развязки- оптическая, трансформаторная и емкостная. Автор предлагает четвертый тип-резистивную.

Не вижу ни одного плюса. Ни по безопасности, ни по чувствительности к помехам, ни по быстродействию. Стоимость тоже будет высокой, если собрать на рассыпухе.

[iDiode 0]

15 hours ago, Herz said:

Вот уж парадокс... Оптопары, оказывается, "наиболее чувствительны к уровню электромагнитных помех". Наверное, помехи прямо фотоны внутри оптронов генерируют.

А дешёвые изоляторы с емкостной связью - не чувствительны. ЧуднО.

Приемная часть оптрона - усилитель фототока - вещь безусловно чувствительная к помехам. Емкостные, трансформаторные изоляторы, как правило, работая по принципу  модулятор-демодулятор, конечно же гораздо помехоустойчивей в этом смысле

[Plain 168]

22 минуты назад, iDiode сказал:

безусловно чувствительная к помехам

Условно, потому что в подавляющем большинстве, экранирование жабоудушено, в лучшем случае экран имеется лишь на приёмной стороне.

[Herz 4]

46 минут назад, iDiode сказал:

Емкостные, трансформаторные изоляторы, как правило, работая по принципу  модулятор-демодулятор, конечно же гораздо помехоустойчивей в этом смысле

Вот я сильно сомневаюсь, что емкостные - "конечно же"...

19 минут назад, Plain сказал:

в лучшем случае экран имеется лишь на приёмной стороне.

А зачем он на передающей? Светодиод экранировать какой смысл?

51 минуту назад, 2expres сказал:

Автор предлагает четвертый тип-резистивную.

Этот тип не может считаться гальваноразвязкой по определению.

[Plain 168]

28 минут назад, Herz сказал:

Светодиод экранировать какой смысл?

Чтобы исключить влияние на передатчик, естественно.

[Herz 4]

Мне представляется, что чувствительность к ЭМ-помехам у оптопары весьма несимметрична. И наводка на чувствительный приёмник-фототранзистор проблематичнее, чем на светодиод, включенный в низкоимпедансную цепь. Потому передатчику и мало что грозит, ИМХО.