El aislamiento galvánico es un principio de aislamiento de secciones funcionales de sistemas eléctricos para evitar el flujo de corriente; no se permite ninguna ruta de conducción directa. [1] [2]
La energía o la información aún se pueden intercambiar entre las secciones por otros medios, como el acoplamiento capacitivo , inductivo , radiativo , óptico , acústico o mecánico.
El aislamiento galvánico se utiliza cuando dos o más circuitos eléctricos deben comunicarse, pero sus conexiones a tierra pueden tener potenciales diferentes . Es un método eficaz para romper bucles de conexión a tierra al evitar que fluya corriente no deseada entre dos unidades que comparten un conductor de conexión a tierra . El aislamiento galvánico también se utiliza por motivos de seguridad, evitando descargas eléctricas accidentales .
Los transformadores son probablemente el medio más común de aislamiento galvánico. Se utilizan casi universalmente en fuentes de alimentación porque son una tecnología madura que puede transportar una potencia significativa. También se utilizan para aislar señales de datos en Ethernet sobre par trenzado . [3] Los transformadores se acoplan por flujo magnético . A excepción del autotransformador , los devanados primario y secundario de un transformador no están conectados eléctricamente entre sí. La diferencia de voltaje que se puede aplicar de forma segura entre los devanados sin riesgo de avería (el voltaje de aislamiento) se especifica en kilovoltios mediante un estándar industrial . Lo mismo se aplica a los amplificadores y transductores magnéticos . Si bien los transformadores se utilizan generalmente para aumentar o reducir los voltajes, los transformadores de aislamiento con una relación 1:1 se utilizan principalmente en aplicaciones de seguridad mientras se mantiene el voltaje igual.
Si dos sistemas electrónicos tienen una conexión a tierra común, no están aislados galvánicamente. La conexión a tierra común podría no estar conectada de forma normal e intencionada a polos funcionales, pero podría llegar a estarlo. Por este motivo, los transformadores de aislamiento no suministran un polo de tierra .
Los optoaisladores transmiten información modulando la luz . El emisor ( fuente de luz ) y el receptor ( dispositivo fotosensible ) no están conectados eléctricamente. Normalmente se mantienen en su lugar dentro de una matriz de plástico transparente y aislante o dentro de un circuito integrado . El aislamiento óptico suele tener una capacidad de potencia muy limitada, pero puede transportar señales de datos a muy alta velocidad. Un uso común es la señal de retroalimentación en una fuente de alimentación conmutada, en la que la potencia real se transmite a través de un transformador de alta frecuencia.
Los capacitores permiten que fluya corriente alterna (CA), pero bloquean la corriente continua (CC); acoplan capacitivamente señales de CA entre circuitos que pueden o no estar en diferentes voltajes de CC.
Aunque la alimentación aislada se realiza habitualmente con un transformador, también se puede realizar con condensadores y un controlador de puente H cuando las limitaciones de tamaño y coste favorecen a los condensadores. [4] Cuando se utilizan condensadores para aislar de los circuitos de alimentación, pueden llevar clasificaciones especiales para indicar que no pueden fallar en un cortocircuito, posiblemente conectando un dispositivo a alto voltaje o presentando un peligro de descarga eléctrica. Idealmente, cuando se requiere seguridad contra peligro de descarga eléctrica, se deben utilizar otros medios de aislamiento en lugar de condensadores o su valor se debe calcular correctamente según las normas de seguridad, ya que siempre hay un flujo de corriente a través del condensador dependiendo de su valor, cuando se conecta en cualquier circuito de CA en configuración en serie.
Los sensores de efecto Hall permiten que un inductor transfiera información a través de un pequeño espacio magnético. A diferencia de los optoaisladores, no contienen una fuente de luz con una vida útil finita y, a diferencia de un enfoque basado en transformadores, no requieren un equilibrado de CC.
Los magnetoacopladores utilizan magnetorresistencia gigante (GMR) para acoplar de CA a CC.
En un relé , la señal de control energiza una bobina que produce un campo magnético que tira de una armadura aislada eléctricamente con contactos de conmutación. Los contactos de conmutación pueden estar normalmente cerrados (se abren cuando la bobina está energizada) o normalmente abiertos (se cierran cuando la bobina está energizada). Los relés no transmiten energía como un transformador, pero relativamente poca energía de la bobina puede controlar un circuito de potencia mucho mayor, lo que los convierte en una especie de amplificador . Se utilizan muy ampliamente para aplicaciones de control donde los dos lados operan a diferentes voltajes o requieren de otro modo aislamiento galvánico. Los relés grandes pueden conmutar corrientes muy altas, pero están limitados en velocidad y confiabilidad por su naturaleza mecánica. Una aplicación cada vez más común es en EVSE (Equipo de suministro de vehículos eléctricos) donde un relé de alta potencia energiza el cable de suministro solo cuando está conectado de forma segura al vehículo y ambos extremos están listos para transferir energía.
Los optoacopladores se utilizan dentro de un sistema para desacoplar un bloque de funciones de otro conectado a la red eléctrica o a otro alto voltaje, por razones de seguridad y protección del equipo. Por ejemplo, los semiconductores de potencia conectados a la tensión de línea pueden conmutarse mediante optoacopladores accionados desde circuitos de bajo voltaje, que no necesitan estar aislados para la tensión de línea más alta.
Los transformadores permiten que la salida de un dispositivo "flote" con respecto a tierra para evitar posibles bucles de tierra. Los transformadores de aislamiento de potencia aumentan la seguridad de un dispositivo, de modo que una persona que toque una parte activa del circuito no tenga flujo de corriente a través de ellos hacia tierra. Los enchufes destinados a la alimentación de afeitadoras eléctricas pueden utilizar un transformador de aislamiento para evitar una descarga eléctrica si la afeitadora se cae al agua, aunque un interruptor de circuito de falla a tierra proporciona una protección comparable para aparatos de baja y alta potencia.