Galvanische Kopplung

Eine galvanische Kopplung tritt auf, wenn mehrere Stromkreise eine gemeinsame Spannungsquelle besitzen oder einen Leiter als gemeinsamen Strompfad nutzen.


Das Bild 1 zeigt das zugrunde liegende Prinzip.
Der Strom im Stromkreis A (Digitalschaltung) verursacht an der gemeinsamen Impedanz (Z) einen Spannungsfall. Dieser Spannungsfall macht sich in Stromkreis B (Analogschaltung) als Versorgungsspannungseinbruch bemerkbar. Der Spannungsfall ist um so größer, je größer der Strom und je größer die gemeinsame Koppelimpedanz (Z) ist.

 


Berechnungsbeispiel:
Die eingekoppelte Störspannung ust berechnet sich vereinfacht betrachtet, in allen Fällen zu



Reale Werte liegen im mV-, V- oder auch kV-Bereich. Für das Beispiel in Bild 1 berechnet sich ein Versorgungsspannungseinbruch (Störspannung) für Gerät B bei Zugrundelegung folgender Werte wie:
l = 1,5 m; LK = 1 µH/m; RK = 1W ; di = 1 A; dt = 100 ns entsprechend zu



Die beiden Spannungen müssen geometrisch addiert werden. Man sieht jedoch sofort, dass der ohmsche Spannungsfall sehr klein gegenüber dem induktiven Spannungsfall ist. Er kann deshalb für die vorgegeben Werte vernachlässigt werden.
 
In jedem Fall kann man folgende Aussage treffen: Die galvanisch eingekoppelte Störspannung gemäß der obigen Gleichung ist bei gegebenem di und di/dt um so kleiner, je kleiner die R- und L-Werte des gemeinsamen Leiterzugs sind.

Abhilfe gegen galvanische Kopplung

  • Vermeiden galvanischer Verbindungen zwischen Systemen, die voneinander unabhängig sind und zwischen denen kein Informationsaustausch  vorgesehen ist.
  • Impedanzarme, insbesondere induktivitätsarme Ausführung von Leitungen und Leiterzügen wie Bezugspotentialleiter, Stromversorgungs- und  Erdungsleitungen, die zu mehreren Stromkreisen gehören


Galvanische Entkopplung wird erreicht durch

  • Verzicht auf gemeinsamen Rückleiter (beispielsweise PEN-Leiter)
  • Vermeidung von Koppelimpedanzen zwischen Signal- und Leistungskreisen
  • sternförmige Zusammenführung der Bezugspotentiale mehrerer Geräte sowie des Schutzleiter- bzw. des Erdungssystems
  • sternförmige Verkabelung der Stromversorgung
  • getrennte Stromversorgung von Stellgliedern, Baugruppen usw.
     

Potentialtrennung mittels Trenntransformatoren, Optokopplern und Lichtwellenleitern