電子電氣電路的隔離技術淺探

摘 要：電路隔離技術的種類有很多，例如模擬數字電路的隔離、電路的隔離、數字電路與模擬電路之間的隔離等。其中使用的隔離方式主要包括光電搞合器隔離法、變壓器隔離法、直流電壓隔離法、繼電器隔離法等。本文針對電子電氣電路的隔離技術展開了探討，從而保證電氣設備的正常工作。

關鍵詞：電子； 電路； 電氣隔離； 干擾

中圖分類號：TN97 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（20156）01-191-001

1.引言

通過隔離元器件切斷噪聲干擾的路徑是電路隔離的主要目的。使用電路隔離的方法后，大多數的電路都能夠獲得良好的抑制噪聲干擾的效果，使設備達到電磁兼容性的要求。電路隔離的方法包括：數字電路的隔離、模擬電路的隔離、數字電路與模擬電路之間的隔離。

2.數字電路的隔離

數字電路隔離技術主要包括光電禍合器隔離、脈沖變壓器隔離、光纖隔離以及繼電器隔離等等。在幾種隔離方式中，數字量的輸出隔離主要采用光電耦合器隔離、繼電器隔離或高頻變壓器隔離，數字量的輸入隔離主要采用脈沖變壓器隔離、光電禍合器隔離。

2.1脈沖變壓器隔離

作為脈沖信號的隔離元件，脈沖變壓器具有的匝數少，一次繞組和二次繞組分別繞于鐵氧體磁芯兩側，分布電容特?。▋H幾pF）的優(yōu)點。在微電子技術控制系統中，脈沖變壓器傳遞輸入、輸出脈沖信號時不傳遞直流分量，所以得到了廣泛的應用。一般來說，脈沖變壓器的信號傳遞頻率在1kHz～1MHz之間，新型的高頻脈沖變壓器的傳遞頻率可以達到10MHz。

2.2光電耦合器隔離

光電耦合器隔離是用光電耦合器隔離輸入信號與內部電路，或者隔離內部輸出信號與外部電路。目前，多數光電耦合器件隔離電壓都在2.5kV以上，有些光電耦合器達到了8kV，既有高速高頻光電耦合器件，又有高壓大電流大功率光電耦合器件。常用光電耦合器如：4N25，其隔離電壓為5.3kV；6N137，其隔離電壓為3kV，頻率在10MHz以上。

3.模擬電路的隔離

模擬電路的隔離比較復雜，這主要取決于對傳輸通道的精度要求。當對精度要求越高時，其通道的成本就會越高。可是，當對性能的要求成為主要矛盾時，就應以性能為主來選擇隔離元器件，而把成本放在第二位。反之，就應以價格為主來選擇隔離元器件，而把性能放在第二位。模擬電路的隔離主要采用的方法包括：互感器隔離、變壓器隔離、線性隔離放大器隔離和直流電壓隔離器隔離等。

3.1供電系統的隔離

3.1.1交流供電系統的隔離。因為交流電網中存在著大量的諧波、高頻干擾、雷擊浪涌等噪聲，所以由交流電源供電的電子電氣設備和控制裝置，都需要采取一系列措施來抑制自交流電源的干擾。抑制竄入交流電源中的噪聲干擾的有效辦法是采用電源隔離變壓器。但是，普通變壓器并不能達到完全的抗干擾作用。原因是一次繞組和二次繞組之間雖然絕緣，可以阻止一次側的噪聲電壓、電流直接傳輸到二次側，起到隔離作用。但由于分布電容（繞組與鐵心之間，繞組之間，層匝之間和引線之間）的存在，交流電網中的噪聲就會通過分布電容耦合到二次側。這樣為了能有效地抑制噪聲，就必須在繞組間加屏蔽層，以此消除干擾，提高設備的電磁兼容性。

3.1.2直流供電系統的隔離。在電子電氣設備的內部子系統與控制裝置間需要采用隔離時，直流供電電源間也應采取隔離，隔離方式主要有兩種：一是將隔離變壓器加在交流側，另一種是加入直流電壓隔離器。

3.2模擬信號測量系統的隔離

在具有直流分量和共模噪聲干擾比較嚴重的場合中，測量模擬信號時，必須采取措施將輸入與輸出完全隔離，做到彼此絕緣，將噪聲耦合消除掉，這樣對系統有兩點好處：

3.2.1防止邏輯系統的工作紊亂：隔離系統防止了模擬信號的干擾，尤其是電力系統的接地干擾進入邏輯系統。

3.2.2防止有用信號淹沒：在精密測量系統中，需要防止數字系統的脈沖波動干擾進入模擬系統，放大前信號都非常微弱，較小的騷擾波動信號就會把有用信號淹沒掉。

4.數字電路與模擬電路的隔離

對于數字電路與模擬電路間的隔離，主要采用數/模轉換裝置，而對于有著高要求的電路而言，除了采用轉換裝置外，在其兩端還需要分別添加模擬裝置與數字裝置的隔離裝置元件。

我們主要通過模數轉換器或數模轉換器來實現模擬電路與數字電路之間的轉換，模擬電路會受到數字電路中高頻振蕩信號的干擾，從而會影響測量的精度。為了減少高頻干擾，一般采用模擬地與數字地分開布線的方法。

將光電耦合器加在A/D轉換器與數字電路之間，排除來自數字電路的高頻干擾，還不能從根本上解決模擬電路中的干擾問題，這是由于共模干擾和差模干擾沒有得到有效的抑制，對于高精密測量場合，不能滿足要求，仍存缺陷。

在具有嚴重干擾的測量場合，需要將信號接收部分與模擬處理部分進行隔離。在前置處理級與模數轉換器（A/D）之間加入線性隔離放大器，將信號地與模擬地隔離開來，同時采用光電耦合器將模數轉換器（A/D）與數字電路隔離，從而隔離了模擬地與數字地。這樣既阻止了數字系統的高頻干擾進入模擬部分，又阻斷了前置電路部分產生的共模干擾與差模干擾。當然，這種造價較高的系統，一般只被用于高精度測量系統中。

5.結束語

當前，隔離技術已經在電子電氣電路中得到廣泛應用，使得電子電氣設備在使用中更加安全，同時也減少了一定損耗。當然在產品的研制實踐中，我們還要對電子電氣設備的內部噪聲及外部干擾進行全面的分析，從而選擇最合理的隔離方式及恰當的隔離部位，設計出滿足電磁兼容性要求的合格產品，造福社會。

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