El aislamiento galvánico es un principio de aislar secciones funcionales de sistemas eléctricos para evitar el flujo de corriente; no se permite ninguna vía de conducción directa. [1] [2]
Aún se puede intercambiar energía o información entre las secciones por otros medios, como acoplamiento capacitivo , inductivo , radiativo , óptico , acústico o mecánico.
El aislamiento galvánico se utiliza cuando dos o más circuitos eléctricos deben comunicarse, pero sus tierras pueden estar a potenciales diferentes . Es un método eficaz para romper bucles de tierra al evitar que fluya corriente no deseada entre dos unidades que comparten un conductor de tierra . El aislamiento galvánico también se utiliza por 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] 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 manera segura entre devanados sin riesgo de falla (el voltaje de aislamiento) se especifica en kilovoltios según un estándar de la industria . Lo mismo se aplica a los amplificadores y transductores magnéticos . Si bien los transformadores generalmente se usan para aumentar o reducir los voltajes, los transformadores de aislamiento con una relación de 1:1 se usan principalmente en aplicaciones de seguridad manteniendo el mismo voltaje.
Si dos sistemas electrónicos tienen una conexión a tierra común, no están aislados galvánicamente. Es posible que la tierra común no tenga conexión normal e intencionada con polos funcionales, pero podría llegar a estar conectada. Por esta razón, los transformadores de aislamiento no suministran un polo GND/tierra .
Los optoaisladores transmiten información modulando la luz . El emisor ( fuente de luz ) y el receptor ( dispositivo fotosensible ) no están conectados eléctricamente. Por lo general, se mantienen en su lugar dentro de una matriz de plástico aislante transparente o dentro de un circuito integrado . El aislamiento óptico generalmente tiene una capacidad de potencia muy limitada, pero puede transportar señales de datos de muy alta velocidad. Un uso común es la señal de retroalimentación en una fuente de alimentación conmutada, donde la potencia real se transmite a través de un transformador de alta frecuencia.
Los condensadores permiten que fluya la corriente alterna (CA), pero bloquean la corriente continua (CC); acoplan capacitivamente señales de CA entre circuitos que pueden tener o no diferentes voltajes de CC.
Aunque la alimentación aislada generalmente se realiza con un transformador, también se puede lograr con capacitores y un controlador de puente H cuando las limitaciones de tamaño y costo favorecen a los capacitores. [4] Cuando los condensadores se utilizan para aislar de los circuitos de suministro de energía, pueden tener clasificaciones especiales para indicar que no pueden fallar en un cortocircuito, posiblemente conectando un dispositivo a alto voltaje o presentando un riesgo de descarga eléctrica. Idealmente, cuando se requiere seguridad contra riesgos de descarga eléctrica, se deben usar otros medios de aislamiento en lugar de capacitores o su valor debe calcularse adecuadamente según las normas de seguridad, ya que siempre hay un flujo de corriente a través del capacitor 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 magnéticamente a través de un pequeño espacio. A diferencia de los optoaisladores, no contienen una fuente de luz con una vida finita y, a diferencia de un enfoque basado en transformadores, no requieren equilibrio de CC.
Los magnetoacopladores utilizan una magnetorresistencia gigante (GMR) para acoplarse desde CA hasta CC.
En un relé , la señal de control energiza una bobina que produce un campo magnético que tira de una armadura eléctricamente aislada con contactos de conmutación. Los contactos de conmutación pueden estar normalmente cerrados (abriéndose cuando la bobina está energizada) o normalmente abiertos (cerrándose cuando la bobina está energizada). Los relés no transmiten potencia como un transformador, pero relativamente poca potencia de la bobina puede controlar un circuito de potencia mucho mayor, lo que los convierte en una especie de amplificador . Se utilizan ampliamente para aplicaciones de control donde los dos lados operan a diferentes voltajes o requieren aislamiento galvánico. Los relés grandes pueden conmutar corrientes muy altas, pero su velocidad y confiabilidad están limitadas 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 u otro alto voltaje, para 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 baja tensión, 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 energía aumentan la seguridad de un dispositivo, de modo que una persona que toque una parte viva del circuito no tendrá flujo de corriente a través de ellos hacia tierra. Los enchufes destinados al suministro 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.