Isolierte DC/DC-Wandler

Obwohl es DC/DC-Wandler ohne Isolierung zwischen Eingang und Ausgang gibt, verwenden die meisten DC/DC-Wandler einen internen Transformator, und der Ausgang ist elektrisch (galvanisch) vom Eingang getrennt. Der getrennte Ausgang kann entweder als nicht geerdete Stromquelle oder zur Erzeugung unterschiedlicher Spannungsschienen und/oder Schienen mit doppelter Polarität verwendet werden (siehe Abbildung 2). Da der Ausgang vom Eingang isoliert ist, kann die Wahl der Referenzspannung für die Eingangs- oder Ausgangsseite beliebig sein (siehe Abbildung 3); ein DC/DC kann z. B. verwendet werden, um die Spannungspolarität zu ändern (z. B. –5V out von +5V in), eine Spannung hinzuzufügen (z. B. +12V von einer +5V-Versorgung) oder einen dualen Ausgang von einer einzigen Versorgung zu erzeugen (z. B. ±5V von einer 12V-Batterie). Diese Eigenschaft macht DC/DC-Wandler sehr vielseitig. Ausgänge, die gegenüber dem Eingang potenzialfrei sind, sind ebenfalls sehr nützlich; die Isolation unterbricht Masseschleifen und eliminiert somit Rauschen in elektrischen Systemen, die Ausgangspolarität kann frei gewählt werden, und natürlich ist die Isolationsbarriere als Schutz vor Stromschlägen oder Kurzschlussgefahren ein wichtiges Sicherheitselement.

Es gibt drei Hauptklassen der Isolierung:

• Operative oder Funktionale Isolierung (der Ausgang ist isoliert, aber es gibt keinen Fehlerschutz)
• Basisisolierung (der Transformator bietet einen Einzelfehlerschutz)
• Verstärkte Isolierung (zwei unabhängige Isolationsmittel, die doppelten Fehlerschutz bieten)

Wie lassen sich diese Definitionen nun im praktischen Transformatorenbau umsetzen?

Es gibt auch eine andere Möglichkeit, einen Transformator mit Basisisolierung herzustellen: den Transformator mit Schalenkern. Bei dieser Bauweise befinden sich der Kern und eine Wicklung in einer Kunststoffschale, die mit Epoxid gefüllt ist. Ein Deckel wird aufgesetzt, und dann wird die zweite Wicklung durch das Loch in der Mitte um die gesamte Konstruktion gewickelt. Diese Bauart wird in der RP-Serie verwendet.

Bei der verstärkten Isolierung sind die Eingangs- und Ausgangswicklungen durch mindestens zwei separate unabhängige physikalische Barrieren getrennt (siehe Abbildung 8), und der Transformator hat im Vergleich zur Basisisolierung erhöhte Anforderungen an die Kriech- und Luftstrecken. Beispiele für RECOM-Wandler mit verstärkter Isolierung sind die Serien RxxPxx/R, REC6-RW/R and REM für medizinische Anwendungen.

Die Luftstrecke ist der kürzeste Abstand zwischen zwei Punkten gemessen von Punkt zu Punkt (Bogendistanz). Die Kriechstrecke ist der kürzeste Abstand zwischen zwei Punkten gemessen durch Verfolgung der Oberfläche (Kriechstrecke).





Hinweis: Die Kriech- und Luftstrecken basieren auf der Summe der Eingangs- und Ausgangsspannungen (z. B. 24V ± 10% in, 5Vout = 31,4VDC Arbeitsspannung) und nicht auf der primären Versorgungsspannung, es sei denn, der Wandler ist für eine bestimmte Arbeitsspannung spezifiziert (z. B. 250VAC).

Die internen Luft- und Kriechstrecken innerhalb des Transformators sind ebenfalls von der Konstruktion abhängig.

Funktionskonstruktionen haben interne Luftstrecken, die nur der Dicke des Trafodrahtlacks entsprechen, z. B. 0,016mm. Die überbrückte Transformatorenkonstruktion hat eine Kriech- und Luftstrecke gleich der Dicke der Trennbrücke (2mm), während die Schalenkernkonstruktion eine Luftstrecke gleich der doppelten Wandstärke des Kunststofftopfes (0,5mm + 0,5mm), aber eine Kriechstrecke von mindestens 3mm hat.

Verstärkte Transformatoren, die dreifach isolierte Drähte (TIW) oder vollisolierte Drähte (FIW) verwenden, können die Anforderungen an die verstärkte Isolierung innerhalb des Transformators erfüllen, indem sie nur die Drähte selbst verwenden, müssen aber dennoch die Luft- und Kriechstrecken zwischen dem Transformator und den angrenzenden Komponenten einhalten. Die standardmäßigen Kriech- und Luftstrecken gelten auch für alle anderen Komponenten, z. B. für den Optokoppler und alle EMV-Kondensatoren, die die Isolationsstrecke überbrücken ...