充電學習:電路的隔離方法以及分類
發布時間:2015-10-16 責任編輯:susan
【導讀】電dian路lu隔ge離li的de主zhu要yao目mu的de是shi通tong過guo隔ge離li元yuan器qi件jian把ba噪zao聲sheng幹gan擾rao的de路lu徑jing切qie斷duan,從cong而er達da到dao抑yi製zhi噪zao聲sheng幹gan擾rao的de效xiao果guo。在zai采cai用yong了le電dian路lu隔ge離li的de措cuo施shi以yi後hou,絕jue大da多duo數shu電dian路lu都dou能neng夠gou取qu得de良liang好hao的de抑yi製zhi噪zao聲sheng的de效xiao果guo,使shi設she備bei符fu合he電dian磁ci兼jian容rong性xing的de要yao求qiu。
電路隔離主要有:模擬電路的隔離、數字電路的隔離、數字電路與模擬電路之間的隔離。所使用的隔離方法有:變壓器隔離法、脈衝變壓器隔離法、繼電器隔離法、光電耦合器隔離法、直流電壓隔離法、線性隔離放大器隔離法、光纖隔離法、A/D轉換器隔離法等。
數字電路的隔離主要有:脈衝變壓器隔離、繼電器隔離、光電耦合器隔離、光纖隔離等。其中數字量輸入隔離方式主要采用脈衝變壓器隔離、光電耦合器隔離;而數字量輸出隔離方式主要采用光電耦合器隔離、繼電器隔離、高頻變壓器隔離(個別情況下采用)。
模擬電路的隔離比較複雜,主要取決於對傳輸通道的精度要求,對精度要求越高,其通道的成本也就越高;然而,當性能的要求上升為主要矛盾時,應當以性能為主選擇隔離元器件,把成本放在第二位;反之,應當從價格的角度出發選擇隔離元器件。模擬電路的隔離主要采用變壓器隔離、互感器隔離、直流電壓隔離器隔離、線性隔離放大器隔離。
模擬電路與數字電路之間的隔離主要采用模/數轉換裝置;對於要求較高的電路,除采用模/數轉換裝置外,還應在模/數轉換裝置的兩端分別加入模擬隔離元器件和數字隔離元器件。
一.模擬電路的隔離
yitaokongzhizhuangzhihuozheyitaidianzidianqishebei,tongchangbaohangongdianxitong,monixinhaoceliangxitong,monixinhaokongzhixitong。ergongdianxitongyoukefenweijiaoliugongdianxitonghezhiliugongdianxitong,jiaoliugongdianxitongzhuyaocaiyongbianyaqigeli,zhiliugongdianxitongzhuyaocaiyongzhiliudianyageliqigeli。monixinhaoceliangxitongxiangduilaishuobijiaofuza,jiyaokaolvqijingdu,pindaikuandudeyinsu,youyaokaolvqijiageyinsu;對於高電壓、大電流信號,一般采用互感器(電壓互感器、電流互感器)隔離法,近年來,又出現了霍爾變送器,這些元器件都是高電壓、大電流信號測量常規使用的元器件;對於微電壓、微電流信號,一般采用線性隔離放大器。模擬信號控製係統與模擬信號測量係統的隔離類似,一般采用變壓器、直流電壓隔離器。
1.供電係統的隔離
1.1 交流供電係統的隔離
由you於yu交jiao流liu電dian網wang中zhong存cun在zai著zhe大da量liang的de諧xie波bo,雷lei擊ji浪lang湧yong,高gao頻pin幹gan擾rao等deng噪zao聲sheng,所suo以yi對dui由you交jiao流liu電dian源yuan供gong電dian的de控kong製zhi裝zhuang置zhi和he電dian子zi電dian氣qi設she備bei,都dou應ying采cai取qu抑yi製zhi來lai自zi交jiao流liu電dian源yuan幹gan擾rao的de措cuo施shi。采cai用yong電dian源yuan隔ge離li變bian壓ya器qi,可ke以yi有you效xiao地di抑yi製zhi竄cuan入ru交jiao流liu電dian源yuan中zhong的de噪zao聲sheng幹gan擾rao。但dan是shi,普pu通tong變bian壓ya器qi卻que不bu能neng完wan全quan起qi到dao抗kang幹gan擾rao的de作zuo用yong,這zhe是shi因yin為wei,雖sui然ran一yi次ci繞rao組zu和he二er次ci繞rao組zu之zhi間jian是shi絕jue緣yuan的de,能neng夠gou阻zu止zhi一yi次ci側ce的de噪zao聲sheng電dian壓ya、電流直接傳輸到二次側,有隔離作用。然而,由於分布電容(繞組與鐵心之間,繞組之間,層匝之間和引線之間)的(de)存(cun)在(zai),交(jiao)流(liu)電(dian)網(wang)中(zhong)的(de)噪(zao)聲(sheng)會(hui)通(tong)過(guo)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)耦(ou)合(he)到(dao)二(er)次(ci)側(ce)。為(wei)了(le)抑(yi)製(zhi)噪(zao)聲(sheng),必(bi)須(xu)在(zai)繞(rao)組(zu)間(jian)加(jia)屏(ping)蔽(bi)層(ceng),這(zhe)樣(yang)就(jiu)能(neng)有(you)效(xiao)地(di)抑(yi)製(zhi)噪(zao)聲(sheng),消(xiao)除(chu)幹(gan)擾(rao),提(ti)高(gao)設(she)備(bei)的(de)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)。
隨著技術的進步,國外已研製成功了專門抑製噪聲的隔離變壓器(NoiseCutoutTransformer,簡稱NCT),zheshiyizhongraozuhebianyaqizhengtidouyoupingbicengdeduocengpingbibianyaqi。zheleibianyaqidejiegou,tiexincailiao,xingzhuangjiqixianquanweizhidoubijiaoteshu,takeyiqieduangaopinzaoshengloucitongheraozudejiaolian,congershichamozaoshengbuyiganyingdaoercice,guzhezhongbianyaqijinengqieduangongmozaoshengdianya,younengqieduanchamozaoshengdianya,shibijiaolixiangdegelibianyaqi。
二.直流供電係統的隔離
當控製裝置和電子電氣設備的內部子係統之間需要相互隔離時,它們各自的直流供電電源間也應該相互隔離,其隔離方式如下:第一種是在交流側使用隔離變壓器,如圖2(a)所示;第二種是使用直流電壓隔離器(即DC/DC變換器)。
1.模擬信號測量係統的隔離
對(dui)於(yu)具(ju)有(you)直(zhi)流(liu)分(fen)量(liang)和(he)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)幹(gan)擾(rao)比(bi)較(jiao)嚴(yan)重(zhong)的(de)場(chang)合(he),在(zai)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)的(de)測(ce)量(liang)中(zhong)必(bi)須(xu)采(cai)取(qu)措(cuo)施(shi),使(shi)輸(shu)入(ru)與(yu)輸(shu)出(chu)完(wan)全(quan)隔(ge)離(li),彼(bi)此(ci)絕(jue)緣(yuan),消(xiao)除(chu)噪(zao)聲(sheng)的(de)耦(ou)合(he)。隔(ge)離(li)對(dui)係(xi)統(tong)有(you)如(ru)下(xia)好(hao)處(chu):
——防止模擬係統幹擾,尤其是電力係統的接地幹擾進入邏輯係統,導致邏輯係統的工作紊亂;
——zaijingmiceliangxitongzhong,fangzhishuzixitongdemaichongbodongganraojinrumonixitong,youqishiqianzhifangdabufen,yinweiqianzhifangdabufendexinhaofeichangweiruo,jiaoxiaodesaoraobodongxinhaojiuhuibayouyongxinhaoyanmei。
2.高電壓、大電流信號的隔離
高電壓、大電流信號采用互感器隔離,其抑製噪聲的原理與隔離變壓器類似,這裏不再贅述。互感器隔離的應用。
3.微電壓、微電流信號的隔離
微電壓、微(wei)電(dian)流(liu)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)的(de)隔(ge)離(li)係(xi)統(tong)相(xiang)對(dui)來(lai)說(shuo)比(bi)較(jiao)複(fu)雜(za),既(ji)要(yao)考(kao)慮(lv)其(qi)精(jing)度(du),頻(pin)帶(dai)寬(kuan)度(du)的(de)因(yin)素(su),又(you)要(yao)考(kao)慮(lv)其(qi)價(jia)格(ge)因(yin)素(su)。一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia),對(dui)於(yu)較(jiao)小(xiao)量(liang)的(de)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng),采(cai)用(yong)差(cha)動(dong)放(fang)大(da)器(qi)或(huo)儀(yi)表(biao)放(fang)大(da)器(qi)就(jiu)能(neng)夠(gou)取(qu)得(de)良(liang)好(hao)的(de)效(xiao)果(guo),但(dan)對(dui)於(yu)具(ju)有(you)較(jiao)大(da)量(liang)的(de)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng),且(qie)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)要(yao)求(qiu)比(bi)較(jiao)高(gao)的(de)場(chang)合(he),應(ying)該(gai)選(xuan)擇(ze)高(gao)精(jing)度(du)線(xian)性(xing)隔(ge)離(li)放(fang)大(da)器(qi),如(ru)BB公司的ISO106,其主要參數如下:
——交流耐壓3 5kV/1min,60Hz;
——直流耐壓4 95kV;
——衝擊耐壓8kVPK/10s;
——非線性誤差0.007%;
——隔離噪聲抑製比交流130dB,直流160dB。
ISO106的優秀參數,使其大量地應用於精密測量係統中,線性隔離放大器的應用如圖3(b)所示。
4.模擬信號控製係統的隔離
ruqiansuoshu,monixinhaokongzhixitongdegeliyumonixinhaoceliangxitongdegelileisi,jijiaoliuxinhaoyibancaiyongbianyaqigeli,zhiliuxinhaoyibancaiyongzhiliudianyageliqihuoxianxinggeliqigeli。
三.數字電路的隔離
與模擬係統類似,一套控製裝置,或者一台電子電氣設備,通常所包含的數字係統有:數字信號輸入係統,數字信號輸出係統。數字量輸入係統主要采用脈衝變壓器隔離,光電耦合器隔離;而數字量輸出係統主要采用光電耦合器隔離,繼電器隔離,個別情況也可采用高頻變壓器隔離。
1.光電耦合器隔離
這種隔離方法是用光電耦合器把輸入信號與內部電路隔離開來,或者是把內部輸出信號與外部電路隔離開來。
目前,大多數光電耦合器件的隔離電壓都在2.5kV以上,有些器件達到了8kV,既有高壓大電流大功率光電耦合器件,又有高速高頻光電耦合器件(頻率高達10MHz)。常用的器件如:4N25,其隔離電壓為5.3kV;6N137,其隔離電壓為3kV,頻率在10MHz以上。
2.脈衝變壓器隔離
脈衝變壓器的匝數較少,而且一次繞組和二次繞組分別繞於鐵氧體磁芯的兩側,這種工藝使得它的分布電容特小,僅為幾個pF,所以可作為脈衝信號的隔離元件。脈衝變壓器傳遞輸入、輸出脈衝信號時,不傳遞直流分量,因而在微電子技術控製係統中得到了廣泛的應用。一般地說,脈衝變壓器的信號傳遞頻率在1kHz~1MHz之間,新型的高頻脈衝變壓器的傳遞頻率可達到10MHz。圖5(a)是脈衝變壓器的示意圖。脈衝變壓器主要用於晶閘管(SCR)、大功率晶體管(CTR)、IGBT等可控器件的控製隔離中。圖5(b)是脈衝變壓器的應用實例。
3.繼電器隔離
繼電器是常用的數字輸出隔離元件,用繼電器作為隔離元件簡單實用,價格低廉。圖6是(shi)繼(ji)電(dian)器(qi)輸(shu)出(chu)隔(ge)離(li)的(de)實(shi)例(li)示(shi)意(yi)圖(tu)。在(zai)該(gai)電(dian)路(lu)中(zhong),通(tong)過(guo)繼(ji)電(dian)器(qi)把(ba)低(di)壓(ya)直(zhi)流(liu)與(yu)高(gao)壓(ya)交(jiao)流(liu)隔(ge)離(li)開(kai)來(lai),使(shi)高(gao)壓(ya)交(jiao)流(liu)側(ce)的(de)幹(gan)擾(rao)無(wu)法(fa)進(jin)入(ru)低(di)壓(ya)直(zhi)流(liu)側(ce)。
四.模擬電路與數字電路之間的隔離
一般地說,模擬電路與數字電路之間的轉換通過模數轉換器(A/D)或數模轉換器(D/A)laishixian。danshi,ruobucaiquyidingdecuoshi,shuzidianluzhongdegaopinzhendangxinhaojiuhuiduimonidianludailaiyidingdeganrao,yingxiangceliangdejingdu。weileyizhishuzidianluduimonidianludailaidegaopinganrao,yibanxujiangmonidiyushuzidifenkaibuxian,canjiantu7(a)。這(zhe)種(zhong)布(bu)線(xian)方(fang)式(shi)不(bu)能(neng)徹(che)底(di)排(pai)除(chu)來(lai)自(zi)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)的(de)高(gao)頻(pin)幹(gan)擾(rao),要(yao)想(xiang)排(pai)除(chu)來(lai)自(zi)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)的(de)高(gao)頻(pin)幹(gan)擾(rao),必(bi)須(xu)把(ba)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)與(yu)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)隔(ge)離(li)開(kai)來(lai),常(chang)用(yong)的(de)隔(ge)離(li)方(fang)法(fa)是(shi)在(zai)A/D轉換器與數字電路之間加入光電耦合器,把數字電路與模擬電路隔離開,參見圖7(b)。但(dan)這(zhe)種(zhong)電(dian)路(lu)還(hai)不(bu)能(neng)從(cong)根(gen)本(ben)上(shang)解(jie)決(jue)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)幹(gan)擾(rao)問(wen)題(ti),仍(reng)然(ran)存(cun)在(zai)著(zhe)一(yi)定(ding)的(de)缺(que)陷(xian),這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)信(xin)號(hao)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)和(he)差(cha)模(mo)幹(gan)擾(rao)沒(mei)有(you)得(de)到(dao)有(you)效(xiao)的(de)抑(yi)製(zhi),對(dui)於(yu)高(gao)精(jing)密(mi)測(ce)量(liang)的(de)場(chang)合(he),還(hai)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)要(yao)求(qiu)。對(dui)於(yu)具(ju)有(you)嚴(yan)重(zhong)幹(gan)擾(rao)的(de)測(ce)量(liang)場(chang)合(he),可(ke)采(cai)用(yong)圖(tu)7(c)所示的電路。在該電路中,把信號接收部分與模擬處理部分也進行了隔離,因為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,把信號地與模擬地隔開,同時在模數轉換器(A/D)與yu數shu字zi電dian路lu之zhi間jian采cai用yong光guang電dian耦ou合he器qi隔ge離li,把ba模mo擬ni地di與yu數shu字zi地di隔ge開kai,這zhe樣yang一yi來lai,既ji防fang止zhi了le數shu字zi係xi統tong的de高gao頻pin幹gan擾rao進jin入ru模mo擬ni部bu分fen,又you阻zu斷duan了le來lai自zi前qian置zhi電dian路lu部bu分fen的de共gong模mo幹gan擾rao和he差cha模mo幹gan擾rao。當dang然ran,這zhe種zhong係xi統tong的de造zao價jia較jiao高gao,一yi般ban隻zhi用yong於yu高gao精jing度du的de測ce量liang係xi統tong中zhong。
數模轉換(D/A)電路的隔離與模數轉換(A/D)電路的隔離類似,因而所采取的技術措施也差不多,是數模轉換(D/A)電路的隔離方法之一。
特別推薦
- 噪聲中提取真值!瑞盟科技推出MSA2240電流檢測芯片賦能多元高端測量場景
- 10MHz高頻運行!氮矽科技發布集成驅動GaN芯片,助力電源能效再攀新高
- 失真度僅0.002%!力芯微推出超低內阻、超低失真4PST模擬開關
- 一“芯”雙電!聖邦微電子發布雙輸出電源芯片,簡化AFE與音頻設計
- 一機適配萬端:金升陽推出1200W可編程電源,賦能高端裝備製造
技術文章更多>>
- 邊緣AI的發展為更智能、更可持續的技術鋪平道路
- 每台智能體PC,都是AI時代的新入口
- IAR作為Qt Group獨立BU攜兩項重磅汽車電子應用開發方案首秀北京車展
- 構建具有網絡彈性的嵌入式係統:來自行業領袖的洞見
- 數字化的線性穩壓器
技術白皮書下載更多>>
- 車規與基於V2X的車輛協同主動避撞技術展望
- 數字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創新應用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
SATA連接器
SD連接器
SII
SIM卡連接器
SMT設備
SMU
SOC
SPANSION
SRAM
SSD
ST
ST-ERICSSON
Sunlord
SynQor
s端子線
Taiyo Yuden
TDK-EPC
TD-SCDMA功放
TD-SCDMA基帶
TE
Tektronix
Thunderbolt
TI
TOREX
TTI
TVS
UPS電源
USB3.0
USB 3.0主控芯片
USB傳輸速度





