İzolasyon Trafosu Nedir? Yalıtım Trafosu

İzolasyon trafosu, veri hattı ve güç kaynağı uygulamalarında izolasyon ve gerilim ölçeklendirme için kullanılmaktadır. İzolasyon transformatörleri tipik olarak üç ana amaca hizmet eder:

• Topraklama döngülerini önlemek için farklı potansiyellerde topraklı devreleri bağlama
• Galvanik izolasyon – devre bölümleri arasında doğru akım (DC) akışını önlemek için
• Gerilim dönüşümü – bir gerilimden diğerine yükseltmek veya düşürmek için

Transformatörler, alternatif akım (AC) elektrik enerjisini birincil taraftan ikincil tarafa dönüştüren elektromanyetik cihazlardır. Enerji, transformatör çekirdek manyetik alanı vasıtasıyla eşit frekans ve yaklaşık olarak eşit güçte dönüştürülür. Böylece elektrik sisteminde galvanik izolasyon sağlarlar. İzolasyon transformatörleri diğer transformatör tipleri ile aynı şekilde çalışır. Ancak asıl görev, elektrik sisteminde galvanik izolasyonu sağlamaktır. Yükseltici transformatör veya düşürücü transformatör olarak çalışabilirler, ancak genellikle dönüş oranıyla çalışırlar.

Bu, birincil ve ikincil voltaj değerlerinin eşit olduğu anlamına gelir. Bu, birincil ve ikincil sargılarda aynı sayıda dönüşle elde edilir.

N₁ / N₂ = 1

İzolasyon transformatörleri, bilgisayarlar, tıbbi aletler, ölçüm cihazları veya belirli endüstri güç elektroniği cihazları gibi birçok elektrikli cihazda kullanılmaktadır.

Bir osiloskop ile ağdan galvanik olarak izole edilmemiş bir elektrik devresindeki sinyalleri ölçerken, izolasyon transformatörlerinin kullanılması çok önemlidir. Çünkü osiloskop ortak noktası ile topraklama arasındaki akım devresi kapatılabilir (kısa devre yapılabilir).

İzolasyon transformatörünün temel amacı, elektronik bileşenlerin ve kişilerin elektrik çarpmasına karşı güvenliği ve korunmasıdır. Güç beslemesini birincil taraftan ve kişi ile temas halinde olan elektronik bileşenlere ve topraklanmış metal parçalara bağlı ikincil bir devreden fiziksel olarak ayırır. Temel olarak, transformatör sekonder tarafı topraklamadan izole edilmiştir.

Bu, izolasyon transformatörü sekonder tarafının topraklanmaması gerektiği anlamına gelir. Birincil ve ikincil trafo tarafı arasında fiziksel bir bağlantı oluşturacaktır. Ortak sargılı oto trafo, primer ve sekonder taraf arasında bir bağlantı olduğu için izolasyon trafosu olarak kullanılamaz. İzolasyon trafosu cihaz arızalı olsa dahi mevcut beslemeyi sağlar. Birincil taraf, cihaz bozulduğunda bazı alarm veya uyarı bip devrelerini beslemek için kullanılabilen voltaj altında kalır.
Transformatörler, beslemeden veya elektromanyetik indüksiyondan kaynaklanan elektriksel gürültüyü bastırır. Bu, ölçüm veya tıbbi cihaz gibi hassas cihazlarda çok önemlidir. Bu transformatör, elektriksel gürültü bastırmayı ek olarak artıran elektrostatik kalkanlarla yapılmıştır. Uygun izolasyon trafosu tasarımı, toprak döngülerini önler. Toprak döngüleri, elektromanyetik indüksiyon tarafından oluşturulan akımın akabileceği ek bir akım yolu oluşturur. Sinyaldeki gürültü ve parazitin ana nedeni budur.

İzolasyon trafosu tasarlanırken kapasitif kuplaj oluşturan sargıların kapasitans değerlerine dikkat edilmesi çok önemlidir. Bu, AC sinyalinin birincilden ikincil tarafa geçmesini sağlar ve bu da gürültü seviyesini önemli ölçüde artırır. Bu amaçla, sargılar topraklanmış (Faraday kalkanı oluşturan) bir metal şerit ile çevrilidir.
İzolasyon transformatörleri, yüksek gerilimin ölçülmesi gerektiğinde ölçü transformatörü olarak kullanılır. Yüksek voltaj, yüksek voltajı ölçmeye çalışan kişi için tehlikeli olmakla birlikte, ölçüm devrelerine de zarar verebilir. Bu durumda yüksek gerilimi güvenli seviyeye indirmek ve ölçüm aralığı için kademeli izolasyon trafosu kullanılır.

İzolasyon Trafosu Uygulamaları

İzolasyon trafosu çok yönlüdür ve aşağıdakiler dahil birçok ticari ve endüstriyel güç kaynağı ve veri iletişim uygulaması için çok uygundur:

• 7,2 Watt’a kadar düşük voltajlı (3,3 ila 24 V) yalıtılmış DC-DC güç kaynakları
• Düşük gürültülü RS-485, RS-422 ve RS-232 izole seri iletişim veri arayüzleri
• 750 mW’a kadar PCMCIA ince kart sürücüleri
• Endüstriyel ve bina otomasyon ve kontrol sistemleri
• Çok noktalı veri iletim sistemleri
• İzole CAN arayüzleri
• Proses kontrolü için izole edilmiş 4 – 20 mA akım döngüleri
• Dönüştürücü ve aktüatör kontrolleri
• Veri toplama (DAQ) sistemleri
• İzole analogdan dijitale dönüştürme (ADC)
• Seri Çevre Birimi arayüzleri (SPI)
• Entegre Devre (I2C) arayüzleri
• Yarım köprü, Tam köprü ve Push-pull alçak gerilim izoleli DC-DC güç kaynakları

Ayrıca, dikdörtgen darbe sinyallerini ileten ve elektriksel izolasyon sağlayan darbe transformatörleri gibi izolasyon transformatörlerinin bazı özel uygulamaları da vardır. Bu tip, bazı bilgisayar ağı tasarımlarında uygundur.