Was ist galvanische Trennung?

Unter galvanischer Trennung oder galvanischer Trennung versteht man das allgemeine Prinzip der elektrischen (galvanischen) Trennung des betreffenden Stromkreises gegenüber anderen Stromkreisen. Dank der galvanischen Trennung ist es möglich, Energie oder ein Signal von einem Stromkreis zu einem anderen Stromkreis zu übertragen, ohne dass ein direkter elektrischer Kontakt zwischen ihnen besteht.

Durch die galvanische Trennung kann insbesondere die Unabhängigkeit des Signalkreises gewährleistet werden, da bei Messungen und bei der Rückkopplung eine unabhängige Stromschleife des Signalkreises gegenüber den Strömen anderer Kreise, beispielsweise des Leistungskreises, gebildet wird Schaltkreise. Diese Lösung trägt zur Gewährleistung der elektromagnetischen Verträglichkeit bei: Sie erhöht die Störfestigkeit und die Messgenauigkeit. Die galvanische Trennung des Ein- und Ausgangs von Geräten verbessert häufig deren Kompatibilität mit anderen Geräten in rauen elektromagnetischen Umgebungen.

Selbstverständlich sorgt die galvanische Trennung auch für Sicherheit beim Umgang mit elektrischen Geräten.Dies ist eine Maßnahme und die Isolierung eines bestimmten Stromkreises sollte immer in Verbindung mit anderen elektrischen Sicherheitsmaßnahmen wie Schutzerdung und Spannungs- und Strombegrenzungsschaltungen in Betracht gezogen werden.

Um eine galvanische Trennung zu gewährleisten, können verschiedene technische Lösungen eingesetzt werden:

• induktive (transformatorische) galvanische Trennung, die in verwendet wird Transformer und um digitale Schaltkreise zu isolieren;

• optische Isolierung mittels Optokoppler (Optron) oder Opto-Relais, deren Verwendung typisch für viele moderne gepulste Stromversorgungen ist;

• kapazitive galvanische Trennung, wenn das Signal über einen sehr kleinen Kondensator geleitet wird;

• elektromechanische Trennung durch z.B. elektromechanisches Relais. 

Derzeit sind zwei Möglichkeiten der galvanischen Trennung in Stromkreisen sehr verbreitet: Transformator und Optoelektronik.

Der Aufbau der galvanischen Trennung vom Transformatortyp beinhaltet die Verwendung eines magnetischen Induktionselements (Transformator) mit oder ohne Kern, dessen Ausgangsspannung von der Sekundärwicklung entnommen wird und proportional zur Eingangsspannung des Geräts ist. Bei der Anwendung dieser Methode müssen jedoch folgende Nachteile berücksichtigt werden:

• das Ausgangssignal kann durch Störungen des Trägersignals beeinträchtigt werden;

• Die Isolationsfrequenzmodulation begrenzt die Bandbreite;

• Große Größen.

Die Entwicklung der Halbleitertechnologie in den letzten Jahren hat die Möglichkeiten zum Aufbau optoelektronischer Bauelemente zur optokopplerbasierten Isolierung erweitert.

Das Funktionsprinzip des Optokopplers ist einfach: Eine LED sendet Licht aus, das von einem Fototransistor wahrgenommen wird.Auf diese Weise erfolgt die galvanische Trennung der Stromkreise, von denen einer mit der LED und der andere mit dem Fototransistor verbunden ist.

Diese Lösung bietet eine Reihe von Vorteilen: einen breiten Bereich an Entkopplungsspannungen bis zu 500 Volt, was für den Aufbau von Dateneingabesystemen wichtig ist, die Möglichkeit, mit Entkopplungssignalen bis zu mehreren zehn Megahertz zu arbeiten, kleine Komponentengrößen.

Ohne galvanische Trennung ist der maximale Stromfluss zwischen den Schaltkreisen auf nur relativ kleine elektrische Widerstände begrenzt, was zu Ausgleichsströmen führen kann, die sowohl Schaltkreiskomponenten als auch Personen, die ungeschützte Geräte berühren, beschädigen können. Eine Entkopplungsvorrichtung begrenzt gezielt die Energieübertragung von einem Stromkreis zum anderen.