Qu’est-ce qu’un amplificateur d’isolement ?
Un amplificateur d’isolement est un amplificateur capable de transmettre des signaux tout en assurant une isolation électrique entre les signaux d’entrée et de sortie.
Les amplificateurs d’isolement sont incorporés dans les circuits d’entrée et de sortie des cartes de circuits imprimés, telles que les cartes de contrôle des micro-ordinateurs. Le but est de fournir une isolation en courant continu des signaux externes entrants et de permettre des mesures précises. À ce titre, ils sont généralement utilisés dans les instruments de mesure et les équipements médicaux.
Ils servent également à assurer la sécurité de l’utilisateur. Les caractéristiques comprennent la protection contre les chocs électriques, la séparation des signaux, les mesures contre les potentiels de terre élevés et le bruit.
Utilisations des amplificateurs d’isolement
Les amplificateurs d’isolement éliminent les courants inverses causés par des potentiels de terre élevés et protègent l’alimentation électrique. Ils peuvent également être installés dans des environnements comportant de nombreuses sources de bruit. Les utilisations spécifiques sont les suivantes :
- Véhicules ferroviaires
Surveillance de la tension et du courant des lignes aériennes, surveillance des systèmes d’alimentation des moteurs, interfaces des signaux de commande entre les véhicules, etc. - Équipement de production d’énergie
Interfaces entre la production d’énergie et les unités de contrôle, surveillance de la tension terminale de chaque cellule de batterie et de chaque cellule solaire connectée en série, transmission des signaux de contrôle des conditionneurs d’énergie, etc. - Liés à l’AF
Interfaces entre divers capteurs et dispositifs de contrôle, transmission de signaux de contrôle pour les grandes alimentations électriques, etc. - Autres
Équipements médicaux, équipements de fabrication de semi-conducteurs, équipements de communication, équipements de mesure, etc.
En les incorporant aux points clés du circuit, ils fonctionnent comme une mesure de sécurité pour éviter à l’utilisateur de recevoir un choc électrique en cas de défaillance de l’équipement.
Principe des amplificateurs d’isolement
Les amplificateurs d’isolement sont un type d’amplificateur qui fait fonctionner des circuits tout en les séparant et en les isolant complètement. De cette manière, les circuits ne sont pas affectés de manière bidirectionnelle par une mise à la terre ou une alimentation commune. Les principales méthodes de transmission des signaux sont optiques, magnétiques et capacitives. Le fonctionnement de la méthode magnétique est le suivant.
Le signal d’entrée de l’amplificateur d’isolement entre d’abord dans l’amplificateur tampon 1 du côté de l’entrée. Cet amplificateur présente une impédance d’entrée élevée et une faible impédance de sortie. Un amplificateur tampon 2 similaire est prévu du côté de la sortie de l’amplificateur d’isolement.
Il existe un circuit d’isolation entre les deux amplificateurs tampons, mais les côtés entrée et sortie sont complètement isolés l’un de l’autre en termes de courant continu. Le circuit d’isolation comprend un transformateur de signal avec des éléments de commutation connectés aux bobines primaire et secondaire respectivement. Le redressement synchrone est possible en activant et désactivant simultanément les deux éléments de commutation.
Le redressement synchrone transfère alors au secondaire une tension égale à la tension du signal entrant dans le primaire. Par conséquent, même si les côtés primaire et secondaire d’un transformateur de signal sont complètement isolés, le signal peut toujours être prélevé du côté secondaire.
Caractéristiques des amplificateurs d’isolement
Les amplificateurs d’isolement présentent les caractéristiques suivantes :
- Aucune fuite de courant du côté de la sortie vers le côté de l’entrée, de sorte qu’il n’y a pas de risque de choc électrique et que la sécurité peut être assurée.
- L’amplification du signal des sections à haute tension est possible car l’amplificateur fonctionne même lorsque des tensions élevées existent entre l’entrée et la sortie.
- Il fonctionne même en présence d’un bruit extrêmement élevé entre l’entrée et la sortie, ce qui permet de rejeter le bruit en mode commun.
- Tension de tenue élevée. (De nombreux produits ont une tension de plusieurs milliers de volts).
Autres informations sur les amplificateurs d’isolement
1. Alimentation des amplificateurs d’isolement
Les transformateurs d’isolement des amplificateurs d’isolement comportent un transformateur de puissance en plus du transformateur de signal. Du côté primaire du transformateur de puissance, une onde carrée provenant de l’oscillateur est ajoutée et la même onde carrée est générée du côté secondaire.
La fréquence de l’oscillateur est réglée pour correspondre à la réponse en fréquence de l’amplificateur d’isolement – un oscillateur à onde carrée d’environ 50 kHz à 100 kHz. La tension du transformateur de puissance commande les éléments de commutation sur les côtés primaire et secondaire respectivement.
Les côtés primaire et secondaire du transformateur de puissance sont également isolés en courant continu ; les alimentations des amplificateurs tampons primaires et secondaires sont fournies par les côtés primaire et secondaire du transformateur de puissance.
2. Photocoupleurs pour amplificateurs d’isolement
Si la transmission du signal de l’amplificateur d’isolement est optique, l’on utilise un photocoupleur. Ce photocoupleur est un circuit intégré optique utilisé dans les circuits d’amplificateurs d’isolement lorsque l’entrée et la sortie sont complètement flottantes dans un circuit isolé l’une de l’autre, ou lorsque des signaux de potentiels différents sont détectés.