Galvanik İzolasyon

Galvanik izolasyon nedir?

Çok önemli bir şeydir! Devrenin giriş kısmı ile çıkış kısmı arasına bir mesafe koyar, sınırlar.

Küçük bir analoji yapıp örnek vermek istiyorum. İki ülke arasındaki bir sınırı düşünelim (tabi Avrupa’da olmadığınızı düşünüyorum 🙂 ).

Burada,

• Siz –> elektrik
• Bulunduğunuz ülke –> devrenin girişi
• Gitmek istediğiniz ülke –> devrenin çıkışı
• Sınır kapısı polisi –> galvanik izolasyonu sağlayan devre elemanı

Sınır kapısında mutlaka kontrole uğrar, öyle ülke değiştirebilirsiniz. Ve kontrol sırasında da normal standartlar içinde değilseniz geçiş hakkınız olmaz. Polisler size dur der! Sınırı geçebilmek için önceden belirlenmiş bazı şartları sağlamanız gerekir. Yani iki ülke arasında geçiş imkanı vardır ama her şekilde değil (Çok güzel bir örnek olmadı ama işimizi biraz görecektir umarım).

İşte elektrik devrelerinde de bu sınır polislerinin işini yapan devre elemanlarından birisi transformatörlerdir. Devrenin farklı iki kısmını birbirine bağlarlar. Aradaki elektriksel izolasyonu sağlarlar.

Elektriksel izolasyon şu anlama gelir: devrenin iki kısmı arasında doğrudan iletken bir yol yoktur. Multimetreyi elinize alıp kısa devre testinde devrenin izole iki kısmındaki toprak uçlarına değdirdiğinizde bir ses duyamazsınız. Çünkü arada iletken bir yol yoktur. E nasıl iletiyor bu elektriği derseniz de orada devreye “kablosuz elektrik iletimi”, “manyetik şeyler”, “elektrik alanı”, “türevler” vsler giriyor. Basit anlamda, değişen manyetik alanın iletken üzerinde bir gerilim endüklemesi diyerek bu yazı için yeterli bir noktada bırakayım. Ayrıntısını başka bir yazıda anlatmak istiyorum.

Galvanik izolasyonun kullanım amaçlarını 2 şekilde sayabilirim:

1. Devrede iki farklı toprak yaratmak (farklı çalışma gerilimleri)
2. Güvenlik

İki toprak?

Diyelim ki elinizde iki devre var çalışma gerilimleri birbirinden farklı. Birinci devre 5V, ikinci devre 12V besleme gerilimi ile çalışıyor. Ve bunu tek kaynaktan beslemek istiyorsunuz. Burada en olası çözümlerden birisi transformatörün çıkış tarafına bir sargı daha ekleyip çıkış1’den 5V, çıkış2’den 12V almaktır. Tabii ki burada sarım sayıları da gerekli voltaj ile orantılı bir şekilde olmalıdır.

Burada “iki toprağın esprisi ne peki?” sorusu geliyor akla. Burada birbirinden bağımsız 2 adet kaynağımız olmuş oldu. Çıkış tarafındaki 4 çıkış ucunu farklı şekillerde bağlayarak 5V, 12V izoleli; 17V, 5V/-12V, -5V/12, hatta 7V izolesiz çıkışlar elde edebiliriz.

Güvenlik?

Gerilim seviyesi 40 VDC üzerinde olan bütün güç kaynaklarında giriş ve çıkış arasında izolasyon bulunmak zorundadır[1]. Giriş tarafında oluşabilecek aşırı gerilimler, dalgalanmalar vb. durumlar çıkış tarafından izole edilmelidir.

Bir başka soru daha akla geliyor burada: “İyi de bu nasıl bir güvenlik sağlıyor?” Öncelikle transformatörün giriş ve çıkış uçları arasında hiçbir elektriksel bağlantı bulunmamaktadır. Elektrik önce manyetik alana, manyetik alan da sonra tekrar elektriğe dönüştürülür. Bu noktada daha da irdelemiyorum burayı.

Bir başka soru: “Normal çalışırken girişten çıkışa iletim oluyor; ama bu tuhaf, sıkıntılı, sorunlu anlarda bunu nasıl anlıyor ki bu transformatör?” Bu da transformatörün doymasıyla ve kaçak endüktans (yüksek güçlü trafolarda istenen bir özelliktir[2]) kavramları ile anlatılabilir. Bu konuyu denklemleriyle birlikte başka bir yazı yazarak anlatmam lazım. Ancak yüzeysel olarak düşününce hiç bir malzemenin kusursuz ve lineer olmadığını biliyoruz. Transformatörler de böyledir. Bazı noktalarda doyuma giderler ya da sekonder kısma aktarması gereken enerjiyi havaya aktarır ya da nüvesi içerisinde ısıya dönüştürür. İşte bu doğal yapısı giriş ve çıkış arasındaki korumayı sağlar. Ancak dediğim gibi bunu başka bir yazıda anlatacağım. Şu an anlaşılmadıysa sorun yok 🙂

Son olarak da  galvanik izolasyonu sağlayan ve en çok kullanılan 2 devre elemanını da söyleyeyim:

1. Transformatör
2. Optokuplör (optocoupler)

Kaynaklar

[1] Brown, M., 2001, Power Supply Cookbook

[2] Özgür Üstün, 2015, İTÜ IAPEC Ders Notları

Yeni yazılarda görüşmek üzere

PDF Olarak Kaydet