- ¿Qué es el aislamiento eléctrico y cómo funciona?
El aislamiento eléctrico consiste en separar dos zonas de un circuito de manera que la corriente no pueda fluir directamente entre ellas. En muchos circuitos, un lado se conecta a una tensión elevada, a la red eléctrica de CA, a motores, a paquetes de baterías o a etapas de potencia de conmutación. El otro lado puede incluir un microcontrolador, un sensor, un puerto de comunicación o un circuito de control accesible para el usuario.
A esta separación se la suele denominar «aislamiento galvánico». Permite que los datos o la energía atraviesen una barrera de aislamiento sin necesidad de una conexión metálica directa. Un circuito aislado suele tener un lado primario y un lado secundario. El lado primario puede ser la sección de mayor tensión o con más interferencias, mientras que el lado secundario puede ser la sección de control o de señal, más segura.
Las señales o la energía pueden atravesar la barrera mediante campos magnéticos o eléctricos de baja intensidad, o mediante la acción de un transformador. El objetivo principal es mantener ambos lados separados eléctricamente, sin impedir por ello el funcionamiento del circuito. - ¿Cuándo es necesario aislar eléctricamente un circuito?
Un circuito necesita aislamiento eléctrico cuando la conexión eléctrica directa entre dos secciones puede provocar problemas de seguridad, ruido o fiabilidad. El aislamiento no se añade únicamente para aumentar la tensión. También se utiliza cuando dos zonas del circuito tienen referencias de tierra diferentes, sufren un fuerte ruido de conmutación, cuentan con tramos de cable prolongados o pueden presentar vías de corriente de fallo.
El aumento de la tensión es una de las razones más habituales para incorporar aislamiento. La red eléctrica de CA, los paquetes de baterías, los variadores de motor, los inversores y los sistemas de vehículos eléctricos pueden exponer a los circuitos de control de baja tensión a tensiones peligrosas. El aislamiento ayuda a separar estas secciones de potencia de los microcontroladores, los sensores, los puertos de comunicación y los circuitos accesibles para el usuario.
El ruido eléctrico es otra de las causas. Los dispositivos de conmutación rápida, como los MOSFET, los IGBT y los transistores de SiC y GaN, pueden producir transiciones bruscas de tensión. Estas señales con un dv/dt elevado pueden perturbar las señales lógicas, las lecturas de los convertidores analógico-digitales (ADC), las líneas de comunicación y los circuitos de control de la puerta. Un aislador adecuado ayuda a que las señales atraviesen la barrera, al tiempo que reduce los fallos relacionados con el ruido.
La corriente de fallo también puede requerir aislamiento. Si se produce un cortocircuito, una sobretensión o un fallo de aislamiento en un lado del sistema, el aislamiento ayuda a evitar que el fallo se propague directamente al circuito de control. Esto resulta útil en equipos industriales, fuentes de alimentación, dispositivos médicos y sistemas energéticos.
Las reducciones de tierra son otro problema habitual. Cuando dos sistemas están conectados a través de rutas de tierra diferentes, pueden producirse corrientes no deseadas entre ellos. Esto puede provocar zumbidos, errores en los datos, lecturas inestables de los sensores o fallos de comunicación. El aislamiento interrumpe la ruta directa a tierra, lo que mejora la estabilidad de la señal. - Principales tipos de tecnologías de aislamiento
3.1 Aislamiento óptico
El aislamiento óptico utiliza fotodetectores para transmitir una señal a través de una barrera. El dispositivo más habitual es el optoacoplador, que utiliza un LED en un lado y un fotodetector en el otro. Los optoacopladores se utilizan a menudo para la retroalimentación, el control de relés, la detección de corriente alterna y los circuitos industriales.
3.2 Aislamiento magnético
El aislamiento magnético utiliza campos magnéticos para transmitir energía o señales. Los transformadores son el ejemplo más común. Se utilizan en fuentes de alimentación aisladas, componentes magnéticos para Ethernet, transformadores de corriente y algunos circuitos de control de puertas.
3.3 Aislamiento capacitivo y digital
Los aisladores digitales suelen utilizar acoplamiento capacitivo o magnético en el interior de un encapsulado de circuito integrado. Se emplean para la transmisión de señales digitales en SPI, I²C, UART, RS-485, CAN, convertidores analógico-digitales aislados, controladores de motores y sistemas de gestión de baterías. - Aislador digital frente a optoacoplador frente a transformador frente a relé
