電子電氣電路的隔離技術(shù)淺探

摘 要：電路隔離技術(shù)的種類有很多，例如模擬數(shù)字電路的隔離、電路的隔離、數(shù)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(duì)電子電氣電路的隔離技術(shù)展開了探討，從而保證電氣設(shè)備的正常工作。

關(guān)鍵詞：電子； 電路； 電氣隔離； 干擾

中圖分類號(hào)：TN97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(shù)的電路都能夠獲得良好的抑制噪聲干擾的效果，使設(shè)備達(dá)到電磁兼容性的要求。電路隔離的方法包括：數(shù)字電路的隔離、模擬電路的隔離、數(shù)字電路與模擬電路之間的隔離。

2.數(shù)字電路的隔離

數(shù)字電路隔離技術(shù)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(shù)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(shù)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(hào)的隔離元件，脈沖變壓器具有的匝數(shù)少，一次繞組和二次繞組分別繞于鐵氧體磁芯兩側(cè)，分布電容特小（僅幾pF）的優(yōu)點(diǎn)。在微電子技術(shù)控制系統(tǒng)中，脈沖變壓器傳遞輸入、輸出脈沖信號(hào)時(shí)不傳遞直流分量，所以得到了廣泛的應(yīng)用。一般來說，脈沖變壓器的信號(hào)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(dá)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(hào)與內(nèi)部電路，或者隔離內(nèi)部輸出信號(hào)與外部電路。目前，多數(shù)光電耦合器件隔離電壓都在2.5kV以上，有些光電耦合器達(dá)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(fù)雜，這主要取決于對(duì)傳輸通道的精度要求。當(dāng)對(duì)精度要求越高時(shí)，其通道的成本就會(huì)越高。可是，當(dāng)對(duì)性能的要求成為主要矛盾時(shí)，就應(yīng)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(yīng)以價(jià)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(tǒng)的隔離

3.1.1交流供電系統(tǒng)的隔離。因?yàn)榻涣麟娋W(wǎng)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(shè)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(dá)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(cè)的噪聲電壓、電流直接傳輸?shù)蕉蝹?cè)，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(wǎng)中的噪聲就會(huì)通過分布電容耦合到二次側(cè)。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(shè)備的電磁兼容性。

3.1.2直流供電系統(tǒng)的隔離。在電子電氣設(shè)備的內(nèi)部子系統(tǒng)與控制裝置間需要采用隔離時(shí)，直流供電電源間也應(yīng)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(cè)，另一種是加入直流電壓隔離器。

3.2模擬信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)的隔離

在具有直流分量和共模噪聲干擾比較嚴(yán)重的場(chǎng)合中，測(cè)量模擬信號(hào)時(shí)，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(duì)系統(tǒng)有兩點(diǎn)好處：

3.2.1防止邏輯系統(tǒng)的工作紊亂：隔離系統(tǒng)防止了模擬信號(hào)的干擾，尤其是電力系統(tǒng)的接地干擾進(jìn)入邏輯系統(tǒng)。

3.2.2防止有用信號(hào)淹沒：在精密測(cè)量系統(tǒng)中，需要防止數(shù)字系統(tǒng)的脈沖波動(dòng)干擾進(jìn)入模擬系統(tǒng)，放大前信號(hào)都非常微弱，較小的騷擾波動(dòng)信號(hào)就會(huì)把有用信號(hào)淹沒掉。

4.數(shù)字電路與模擬電路的隔離

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

我們主要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器或數(shù)模轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)模擬電路與數(shù)字電路之間的轉(zhuǎn)換，模擬電路會(huì)受到數(shù)字電路中高頻振蕩信號(hào)的干擾，從而會(huì)影響測(cè)量的精度。為了減少高頻干擾，一般采用模擬地與數(shù)字地分開布線的方法。

將光電耦合器加在A/D轉(zhuǎn)換器與數(shù)字電路之間，排除來自數(shù)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(duì)于高精密測(cè)量場(chǎng)合，不能滿足要求，仍存缺陷。

在具有嚴(yán)重干擾的測(cè)量場(chǎng)合，需要將信號(hào)接收部分與模擬處理部分進(jìn)行隔離。在前置處理級(jí)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）之間加入線性隔離放大器，將信號(hào)地與模擬地隔離開來，同時(shí)采用光電耦合器將模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）與數(shù)字電路隔離，從而隔離了模擬地與數(shù)字地。這樣既阻止了數(shù)字系統(tǒng)的高頻干擾進(jìn)入模擬部分，又阻斷了前置電路部分產(chǎn)生的共模干擾與差模干擾。當(dāng)然，這種造價(jià)較高的系統(tǒng)，一般只被用于高精度測(cè)量系統(tǒng)中。

5.結(jié)束語

當(dāng)前，隔離技術(shù)已經(jīng)在電子電氣電路中得到廣泛應(yīng)用，使得電子電氣設(shè)備在使用中更加安全，同時(shí)也減少了一定損耗。當(dāng)然在產(chǎn)品的研制實(shí)踐中，我們還要對(duì)電子電氣設(shè)備的內(nèi)部噪聲及外部干擾進(jìn)行全面的分析，從而選擇最合理的隔離方式及恰當(dāng)?shù)母綦x部位，設(shè)計(jì)出滿足電磁兼容性要求的合格產(chǎn)品，造福社會(huì)。

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