Wat is galvanische scheiding

Galvanische scheiding of galvanische scheiding is het algemene principe van elektrische (galvanische) isolatie van het betreffende elektrische circuit ten opzichte van andere elektrische circuits. Dankzij galvanische scheiding is het mogelijk om energie of een signaal van het ene elektrische circuit naar het andere elektrische circuit over te brengen zonder direct elektrisch contact tussen beide.

Galvanische scheiding maakt het mogelijk om met name de onafhankelijkheid van het signaalcircuit te garanderen, aangezien een onafhankelijke stroomlus van het signaalcircuit wordt gevormd ten opzichte van de stromen van andere circuits, bijvoorbeeld het stroomcircuit, tijdens metingen en in terugkoppeling circuits. Deze oplossing is handig om elektromagnetische compatibiliteit te waarborgen: het verhoogt de ruisimmuniteit en meetnauwkeurigheid. Galvanische isolatie van de invoer en uitvoer van apparaten verbetert vaak hun compatibiliteit met andere apparaten in zware elektromagnetische omgevingen.

Galvanische scheiding zorgt natuurlijk ook voor veiligheid als er met elektrische apparatuur wordt gewerkt.Dit is één maatregel en isolatie van een bepaald circuit moet altijd worden overwogen in combinatie met andere elektrische veiligheidsmaatregelen, zoals beschermende aarding en spannings- en stroombeperkende circuits.

Er kunnen verschillende technische oplossingen worden gebruikt om galvanische scheiding te waarborgen:

• inductieve (transformator) galvanische scheiding, die wordt gebruikt in transformatoren en om digitale schakelingen te isoleren;

• optische isolatie met behulp van een optocoupler (optron) of opto-relais, waarvan het gebruik typerend is voor veel moderne gepulseerde voedingen;

• capacitieve galvanische isolatie wanneer het signaal door een zeer kleine condensator wordt gevoerd;

• elektromechanische scheiding door bijv. elektromechanisch relais. 

Momenteel zijn twee opties voor galvanische isolatie in circuits zeer wijdverspreid: transformator en opto-elektronisch.

De constructie van galvanische isolatie van het transformatortype omvat het gebruik van een magnetisch inductie-element (transformator) met of zonder kern, de uitgangsspanning afkomstig van de secundaire wikkeling, die evenredig is met de ingangsspanning van het apparaat. Bij het toepassen van deze methode is het echter belangrijk om rekening te houden met de volgende nadelen:

• het uitgangssignaal kan worden beïnvloed door interferentie van het draaggolfsignaal;

• Isolatiefrequentiemodulatie beperkt de bandbreedte;

• Grote maten.

De ontwikkeling van halfgeleidertechnologie in de afgelopen jaren heeft de mogelijkheden uitgebreid voor het construeren van opto-elektronische apparaten voor optocoupler-gebaseerde isolatie.

Het werkingsprincipe van de optocoupler is eenvoudig: een LED zendt licht uit, dat wordt waargenomen door een fototransistor.Dit is hoe de galvanische scheiding van de circuits wordt uitgevoerd, waarvan er één is aangesloten op de LED en de andere op de fototransistor.

Deze oplossing heeft een aantal voordelen: een breed scala aan ontkoppelingsspanningen, tot 500 volt, wat belangrijk is voor het bouwen van gegevensinvoersystemen, de mogelijkheid om te werken met ontkoppelingssignalen tot tientallen megahertz, kleine componentafmetingen.

Zonder galvanische scheiding is de maximale stroom tussen circuits beperkt tot slechts relatief kleine elektrische weerstanden, wat kan leiden tot egalisatiestromen die schade kunnen toebrengen aan zowel circuitcomponenten als mensen die onbeschermde apparatuur aanraken. Een ontkoppelingsapparaat beperkt specifiek de overdracht van energie van het ene circuit naar het andere.