Гальванический разделитель аналоговых сигналов c улучшенными метрологическими характеристиками

Рассмотрены недостатки преобразователей с гальванической изоляцией, передающих информацию через изолирующий барьер в цифровом или аналоговом виде, – высокая стоимость компонентов либо погрешность преобразования более 1 %. Такие преобразователи с гальванической изоляцией необходимы для безопасной эксплуатации оборудования, работающего при напряжениях более 50 В. Разработан гальванический разделитель аналоговых сигналов, передающий информацию в аналоговом виде через изолирующий барьер без её переноса (преобразования) в цифровой вид и имеющий погрешность преобразования 0,22 % при номинальном напряжении. Данный гальванический разделитель можно применять в составе таких измерительных устройств, как преобразователи, датчики, приёмопередатчики аналоговых сигналов без переноса информации в цифровую форму. Исследован способ передачи аналогового информационного сигнала в отсутствие электрической связи, позволяющий уменьшить погрешность и повысить помехоустойчивость преобразователя. Схема предложенного гальванического разделителя аналоговых сигналов основана на отрицательной обратной связи, контур которой проходит через модулятор, трансформатор и демодулятор на первичной стороне. Сигнал с выхода демодулятора поступает на один из двух входов усилителя ошибки. Усилитель ошибки подстраивает напряжения на обоих входах в строгом соответствии друг другу, за счёт чего напряжение на выходе демодулятора точно равняется входному напряжению, поступающему на другой вход усилителя ошибки. Второй демодулятор, идентичный первому, установлен на вторичной стороне. Использование двух демодуляторов позволило добиться точной передачи аналогового сигнала с первичной стороны на вторичную. Изготовлен и испытан лабораторный образец гальванического разделителя аналоговых сигналов, по результатам испытаний подтверждена целесообразность использования отрицательной обратной связи: относительная погрешность преобразования уменьшена в три раза по сравнению с устройствами без обратной связи. Относительная погрешность преобразования предложенного устройства во всём диапазоне входных напряжений составила не более 0,7 % и 0,22 % – при номинальном входном значении. Устройство можно использовать в составе измерительного оборудования, работающего при высоких (более 10 кВ) напряжениях.

1. Хазиева Р. Т., Мухаметшин А. В. Разработка и исследование схемы измерения тока утечки при испытании изоляции повышенным выпрямленным напряжением. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики, 23(4), 145–155 (2021). https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-4-145-155

2. Кузьменко Р. Ю., Таболин И. И., Тищенко А. О. Метод повышения точности измерения входных сигналов в микроконтроллерном блоке управления. Вестник Воронежского государственного технического университета, 17(2), 82–86 (2021). https://doi.org/10.36622/VSTU.2021.17.2.013 ; https://elibrary.ru/halvwv

3. Леун Е. В., Сысоев В. К., Шаханов А. Е., Мишин Ю. Н. Особенности современной схемотехники тензорезистивных датчиков давления: волоконно-оптическая пирометрическая термокомпенсация, питание оптическим излучением. Омский научный вестник, (6(180)), 56–64 (2021). https://doi.org/10.25206/1813-8225-2021-180-56-64

4. Фетисов Л. Ю., Чашин Д. В., Фетисов Ю. К. Управляемые индукторы и трансформаторы на основе гетероcтруктур ферромагнетик-пьезоэлектрик. Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные Технологии (РЭНСИТ), 13(1), 27–38 (2021). https://doi.org/10.17725/rensit.2021.13.027 ; https://elibrary.ru/mpwrhc

5. Кракауэр Д., Сотников А. Анатомия цифрового изолятора. Компоненты и технологии, (7), 88–89 (2014). https://elibrary.ru/sfl atb

6. Коржов А. В., Хохлов Ю. И., Григорьев М. А. и др. Улучшение энергетических и повышение надежностных показателей электроприводов буровых установок. Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика», 21(4), 94–101 (2021). http://dx.doi.org/10.14529/power210411

7. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. Додэка-XXI, Москва (2008).

8. Наундорф У. Аналоговая электроника: основы, расчет, моделирование. Техносфера, Москва (2008).

9. Дворников О. В., Бахур В. Н., Бахир А. Г. и др. Конструктивно-схемотехнические особенности синтеза измерительных преобразователей напряжения. Приборы и методы измерений, 16(1), 35–46 (2025). https://doi.org/10.21122/2220-9506-2025-16-1-35-46 ; https://elibrary.ru/tlfkvg

10. Mukherjee S., Ruiz J. M., Barbosa P. A high-power density wide range DC–DC converter for universal electric vehicle charging. IEEE Trans. Power Electron, 38(2), 1998–2012 (2023). http://dx.doi.org/10.1109/TPEL.2022.3217092

11. Ефимов И. П. Операционные усилители и их применение. УлГТУ, Ульяновск (2000).

12. Коршунов А. И. Приближенная компенсация «устойчивых» полюсов передаточной функции непрерывной части при расчете электромеханической цифровой следящей системы. Известия высших учебных заведений. Приборостроение, 68(3), 219–227 (2025). https://doi.org/10.17586/0021-3454-2025-68-3-219-232 ; https://elibrary.ru/vlqwkv