Galvanische Trennung

Was ist eine "Galvanische Trennung"

Das bedeutet, daß Ladungsträger aus einem Stromkreis nicht in den anderen hinüberwechseln können. Die beiden Stromkreise sind also nicht direkt verbunden.

Wozu trennen?

• Vermeidung von Masseschleifen/Brummschleifen
• Aus Sicherheitsgründen
• Als Schutzmaßnahme (z.B. für den Rest der Schaltung)
• RS485-Receiver erkennen Signale nur innerhalb bestimmter Gleichtakt-Spannungsgrenzen, bei verteilten Systemen können diese überschritten werden, es kommt zu Übertragungsfehlern

RS-485 galvanisch trennen

Das gleiche Prinzip gilt natürlich auch für andere Schnittstellen. Um einen RS-485 Treiber/Receiver z.B. den üblichen SN75176 von der restlichen Schaltung galvanisch zu trennen, müssen die Datenleitungen und die Stromversorgung aufgetrennt werden

Stromversorgung

Einfachste Möglichkeit: Sofern man einen Trafo als Spannungsquelle nutzt, kann die Hauptschaltung die erste Sekundärwicklung nutzen und die zweite Spannung für den SN75176 unter Umständen an einer weiteren Sekundärwicklung abgegriffen werden.

Ansonsten nimmt man meistens einfach einen galvanisch getrennten DC/DC-Wandler (Schaltregler). Die Eingänge heissen meist VInput-(GND), Vinput+(Vcc) und die Ausgänge Voutput-(GND2), Voutput+(Vcc2). GND/Vcc ist dabei die Spannung die von der Schaltung kommt, mit GND2/Vcc2 wird der Treiber gespeist. (GND und GND2 nicht verbinden! Das tut zwar dem DC/DC-Converter nicht weh, aber die galvanische Trennung ist dann nicht mehr vorhanden!) DC/DC-Wandler <=3W sind meistens ungeregelt und benötigen eine gewisse Grundlast und geben ansonsten eine höhere Ausgangsspannung raus. Mit dem Stromverschwender SN75176 ist diese Grundlast oftmals schon erfüllt, bei sparsameren Treibern muss also unter Umständen noch etwas Strom via Widerstand oder LED(s) verbraten werden.

Datenleitungen

• Hier eignen sich schnelle Optokoppler wie 6N136, 6N137 (10Mbit/s).
• Für höhere Geschwindigkeiten bietet z.B. Analog Devices recht teure Digital Isolators an, genannt iCoupler.

Beispiel

Ein RS-485-Treiber, links könnte z.B. ein ATmega8 dran hängen dessen Daten er auf die Leitung Data-In schiebt, der ATmega8 wäre betrieben mit den 5V die oben links ankommen. Der DC/DC-Wandler erzeugt galvanisch getrennte 5V mit denen der Empfänger-Teil des Optokopplers (hier ein 6N137) und der RS-485-Treiber (hier ein LTC485) gespeist wird. Da der Optokoppler bei Standardbeschaltung invertieren würde, wurde hier die Anode an 5V angeschlossen und die Kathode an den ATmega. Der 6N137 hat einen Open-Collector Ausgang und der Ausgang muss mittels des Widerstands dort auf 5V gezogen werden. Kondensatoren sind alle 100nF. Dem DC/DC-Wandler sollte man evtl. auch besser welche spendieren.

Hinweis: Der in diesem Beispielbild verwendete DC/DC-Wandler ist ungeregelt, bekommt hier auch nicht die benötigte Grundlast (z.B. noch LEDs als Verbraucher dran hängen). Im Falle eines Kurzschlusses an der RS-485-Leitung könnte der Wandler nach Datenblatt auch nicht genügend Leistung liefern.

Beispiel fuer integrierte Loesung

Ein RS-485 Treiber mit integrierter galvanischer Trennung. Die galvanische Entkopplung wird nicht durch Lichtübertragung, sondern durch ein elektrisches Feld erreicht. -> Kondensator zur Isolation. Dies hat den Vorteil, dass man auch hoehere Geschwindigkeiten erreichen kann als bei Optokopplern moeglich.