傳感器在一些高電壓係統中的應用愈見廣泛，如屋頂太陽能的逆變器
、社區的電網、HVAC係統、又或是商業樓宇的自動化空調係統等。在這些工作環境下，傳感器的數據傳送到控製器，如人機界麵（HMI
，Human Machine Interface）作分析。

 

可(ke)是(shi)，如(ru)果(guo)傳(chuan)感(gan)器(qi)附(fu)近(jin)有(you)一(yi)些(xie)高(gao)電(dian)壓(ya)存(cun)在(zai)

，不(bu)僅(jin)會(hui)影(ying)響(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)操(cao)作(zuo)或(huo)損(sun)壞(huai)控(kong)製(zhi)器(qi)，更(geng)有(you)可(ke)能(neng)因(yin)發(fa)送(song)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)數(shu)據(ju)錯(cuo)誤(wu)而(er)導(dao)致(zhi)嚴(yan)重(zhong)的(de)事(shi)故(gu)，特(te)別(bie)是(shi)醫(yi)療(liao)設(she)備(bei)，這(zhe)可(ke)能(neng)會(hui)對(dui)用(yong)戶(hu)安(an)全(quan)產(chan)生(sheng)相(xiang)當(dang)的(de)風(feng)險(xian)。

 

 

為了防止高電壓和高功率危險
，設計中可以使用隔離器(isolator)作為係統的隔離屏障
，使電壓信號在傳感器和控製器之間傳遞而不受共模電壓的影響，確保信號完整。

 

圖1：隔離器工作原理

 

還有一個關鍵原因是，現實中一些電信基礎設施需要高速地傳輸數據及信號
，會涉及高功率，而使用隔離器可以令係統得到保護。

 

電(dian)流(liu)隔(ge)離(li)是(shi)電(dian)氣(qi)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)一(yi)種(zhong)隔(ge)離(li)技(ji)術(shu)。在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)其(qi)他(ta)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian)提(ti)供(gong)電(dian)流(liu)隔(ge)離(li)，可(ke)以(yi)防(fang)止(zhi)直(zhi)流(liu)或(huo)不(bu)受(shou)控(kong)製(zhi)的(de)瞬(shun)態(tai)電(dian)流(liu)影(ying)響(xiang)。然(ran)而(er)，傳(chuan)感(gan)器(qi)傳(chuan)遞(di)的(de)數(shu)據(ju)和(he)能(neng)量(liang)仍(reng)然(ran)需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)隔(ge)離(li)屏(ping)障(zhang)傳(chuan)送(song)。

 

電流隔離屏障有三種常見技術——光電隔離、磁隔離和電容式隔離。雖然這三種技術隔離屏障的介質有所不同，但最終目標都是相同的。

 

光電隔離：成熟易用的技術

 

光電隔離 (或稱光隔離)，是三種技術中使用最早的
，並且易於使用。如下圖
， 光隔離一般是采用光耦合器(簡稱光耦) 進行隔離，以光為媒介傳遞信號。如Toshiba的TLP291光耦透過發光二極管（LED）和光探測器，把信號轉換成以電 - 光 - 電形式傳遞，產生隔離作用。

 

圖2：光電隔離原理

 

然而光耦一般數據傳輸速率較低（因為LED需要時間開啟），bingqieyoujiaogaodegonghao
，tongshiqijiandexingnengbiaoxianhuisuizheshiyongshijianzengjiaerjiangdi。ciwai，youyufaguangerjiguandewulichicunxianzhi，guanggeliqidechicunnanyijianxiao。

 

相對與光隔離，磁隔離和電容式隔離都是以數字方式通過屏障傳輸數據。

磁隔離：速率高而磁場抗擾度弱

 

磁耦是基於磁隔離技術的隔離器件，也成為磁隔離器。

 

圖3：磁隔離工作原理

 

我們會發現

，有些磁耦可以以高達100Mbps速度的脈衝電流通過隔離屏障，磁耦的數據傳輸速率特性可以在Digi-Key網頁內找到。

 

圖4：磁耦數據速率參數查詢

 

但是要留意的是，磁耦的功耗會隨著數據速率增加而增加。它對電磁幹擾也很敏感，而在HVAC係統和涉及電機的工廠自動化環境中的磁場是很大。

電容式隔離：更好的解決方案

 

與磁隔離一樣，電容式隔離具有用於編碼和解碼輸入AC信號的數字電路(如下圖)，利用可變的電場在隔離屏障中傳輸信息。

 

圖5：電容隔離工作原理

 

dianrongshigeliqiwufachuandizhiliuxinhao，yincitamenbenshenjiushiyigehenhaodegeliqi。dianrongshigeliqibuyishoucichangzaoshengyingxiang
，errengranbaochigaoshujusulvhedigonghao。kejianshiyongdianrongshigelidehaochushixinhaochuanshufangmiangengyouxiaolv，duicichangyougenghaodekangraodu。

 

下圖比較了ADI的ADuM1100(磁隔離)和TI 的ISO72x(電容式隔離)的磁場抗擾度，雖然兩個例子在限定磁場下都不太受磁場影響，但ISO72x對磁場抗擾度有更好的表現。

 

圖6：磁隔離和電容隔離技術磁場抗擾度比較

 

無論是光隔離、磁隔離或是電容式隔離，隻要在適當的條件下工作都可以達到很出色的隔離效果。下圖是一個三種隔離技術的簡單比較：

 

表1：三種主流隔離技術的比較

 

本文小結

 

傳(chuan)感(gan)器(qi)要(yao)高(gao)速(su)度(du)傳(chuan)輸(shu)信(xin)號(hao)
，隔(ge)離(li)是(shi)一(yi)個(ge)不(bu)可(ke)或(huo)缺(que)的(de)組(zu)成(cheng)技(ji)術(shu)。特(te)別(bie)是(shi)在(zai)惡(e)劣(lie)的(de)高(gao)電(dian)壓(ya)和(he)高(gao)功(gong)率(lv)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)中(zhong)，使(shi)用(yong)電(dian)容(rong)式(shi)隔(ge)離(li)更(geng)見(jian)重(zhong)要(yao)性(xing)，因(yin)為(wei)電(dian)容(rong)式(shi)隔(ge)離(li)：

 

有很好的抗磁能力

具有更快的速數據傳輸

更高的信號完整性

低功耗

 

來源：DigiKey  作者：Barley Li