ガルバニック絶縁

ガルバニック絶縁は、電気システムの機能部分を分離して電流の流れを防ぐ原理であり、直接の伝導経路は許可されません。 ^{[1] [2]}

エネルギーや情報は、容量性、誘導性、放射性、光学的、音響的、または機械的結合 などの他の手段によってセクション間で交換することもできます。

ガルバニック絶縁は、2 つ以上の電気回路が通信する必要があるものの、それらの接地電位が異なる可能性がある場合に使用されます。これは、接地導体を共有する 2 つのユニット間で不要な電流が流れるのを防ぐことで、接地ループを遮断する効果的な方法です。ガルバニック絶縁は、安全のためにも使用され、偶発的な感電を防止します。

変圧器は、おそらく最も一般的なガルバニック絶縁手段です。電源装置ではほぼ普遍的に使用されています。これは、変圧器が大きな電力を伝送できる成熟した技術であるためです。また、ツイストペア上のイーサネットでデータ信号を絶縁するためにも使用されます。^[3]変圧器は磁束によって結合します。オートトランスフォーマーを除いて、変圧器の一次巻線と二次巻線は互いに電気的に接続されていません。絶縁破壊のリスクなしに巻線間に安全に適用できる電圧差 (絶縁電圧) は、業界標準によってキロボルト単位で指定されています。同じことが磁気増幅器とトランスデューサーにも当てはまります。変圧器は通常、電圧を昇圧または降圧するために使用されますが、 1:1 比率の絶縁変圧器は、電圧を同じに保ちながら安全アプリケーションで主に使用されます。

2 つの電子システムに共通の接地がある場合、それらは電気的に絶縁されていません。共通の接地は、通常、意図的に機能極に接続されていない可能性がありますが、接続される可能性があります。このため、絶縁トランスはGND/アース極を供給しません。

光アイソレータは、光を変調して情報を伝送します。送信側 (光源) と受信側 (感光性デバイス) は電気的に接続されていません。通常、これらは透明な絶縁プラスチックのマトリックス内または集積回路内に固定されています。光アイソレータは一般に電力容量が非常に限られていますが、非常に高速なデータ信号を伝送できます。一般的な用途はスイッチング電源のフィードバック信号で、実際の電力は高周波トランスを通じて伝送されます。

コンデンサは交流(AC) の流れを許可しますが、直流(DC) をブロックします。コンデンサは、異なる DC 電圧にあるかどうかに関係なく、回路間で AC 信号を 容量結合します。

絶縁電源は通常はトランスで行いますが、サイズとコストの制約によりコンデンサの方が適している場合は、コンデンサとHブリッジドライバでも可能です。 ^[4]コンデンサを電源回路からの絶縁に使用する場合、短絡で故障してデバイスを高電圧に接続したり、感電の危険をもたらしたりしないことを示す特別な定格が付いていることがあります。理想的には、感電の危険に対する安全性が必要な場合は、コンデンサの代わりに他の絶縁手段を使用するか、安全基準に従ってコンデンサの値を適切に計算する必要があります。これは、AC回路に直列構成で接続されている場合、コンデンサには常にその値に応じた電流が流れるためです。

ホール効果センサーを使用すると、インダクタが磁気的に小さなギャップを介して情報を転送できます。光アイソレータとは異なり、ホール効果センサーには寿命が限られている光源が含まれておらず、トランスベースのアプローチとは対照的に、DC バランス調整は必要ありません。

磁気結合器は巨大磁気抵抗(GMR) を利用してAC から DC に結合します。

リレーでは、制御信号がコイルに通電され、磁界が生成され、スイッチング接点を持つ電気的に絶縁されたアーマチュアが引っ張られます。スイッチング接点は、通常閉じている（コイルに通電すると開く）場合と、通常開いている（コイルに通電すると閉じる）場合があります。リレーは変圧器のように電力を伝送しませんが、比較的小さなコイル電力ではるかに高い電力の回路を制御できるため、一種の増幅器になります。リレーは、両側が異なる電圧で動作するか、ガルバニック絶縁を必要とする制御アプリケーションで非常に広く使用されています。大型のリレーは非常に高い電流を切り替えることができますが、その機械的な性質上、速度と信頼性に制限があります。ますます一般的になりつつあるアプリケーションの 1 つがEVSE（電気自動車給電装置）です。EVSE では、高電力リレーが電源ケーブルを車両にしっかりと接続され、両端が電力を伝送する準備ができている場合にのみ、電源ケーブルに通電します。

オプトカプラは、安全性と機器の保護を目的として、システム内で機能ブロックを電力網またはその他の高電圧に接続された別のブロックから分離するために使用されます。たとえば、ライン電圧に接続されたパワー半導体は、高ライン電圧用に絶縁する必要のない低電圧回路から駆動されるオプトカプラによって切り替えることができます。

変圧器を使用すると、デバイスの出力を地面に対して「フローティング」にすることができ、潜在的なグランド ループを回避できます。電源絶縁変圧器はデバイスの安全性を高め、回路の通電部分に触れた人がその部分からアースに電流が流れるのを防ぎます。電気カミソリの電源ソケットでは、カミソリが水に落ちた場合の感電を防ぐために絶縁変圧器が使用されることがありますが、漏電遮断器は低電力および高電力機器に同等の保護を提供します。

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