摘　要:

電路隔離的主要目的是通過隔離元器件把噪聲干擾的路徑切斷,從而達到抑制噪聲干擾的效果,使電子電氣設(shè)備符合電磁兼容性的要求。通過對測量電路中幾種常用的隔離電路的分析，揭示這些隔離電路實現(xiàn)抑制噪聲并使設(shè)備符合電磁兼容性的要求。

1　引言

工業(yè)過程控制和數(shù)據(jù)采集過程中,被測量或控制的對象的參數(shù)往往是溫度、壓力、液位、流量等物理量。這些連續(xù)變化的物理量經(jīng)過傳感器采集放大和A /D 轉(zhuǎn)換后, 與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) ( 計算機) 相連。但是在進行現(xiàn)場測量時,各種電磁干擾信號都會隨著被測量信號進人測量系統(tǒng)中,這些干擾信號即噪音疊加在有用的被測信號上,使測量的準確度降低。另一方面,由于測量系統(tǒng)與被測信號共地產(chǎn)生的干擾也造成測量系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定穩(wěn)定性降低，影響系統(tǒng)的正常工作, 嚴重時將導(dǎo)致死機。解決模擬信號通道引入噪音的一個有效的方法就是采用隔離技術(shù)，即將產(chǎn)生噪音的噪音源與測量系統(tǒng)隔離開來。

2，電路隔離分類

數(shù)字量輸入隔離方式主要采用脈沖變壓器隔離、光電耦合器隔離;而數(shù)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復(fù)雜,要考慮模擬信號的精度、線性度、頻率響應(yīng)、噪聲響應(yīng)等,特別要考慮系統(tǒng)對傳 輸通道的精度要求,對精度要求越高,其通道的成本也可能越高。模擬電路的隔離主要采用變壓器、互感器、直流電壓隔離器、線性隔離放大器等隔離方法。

3，數(shù)字電路隔離

數(shù)字電路隔離有很多種方法，這里探討的是在工業(yè)測控領(lǐng)域常用的隔離方法，光耦隔離和脈沖變壓器隔離。

3.1，光耦隔離

光耦隔離是常用且方便有效的隔離方法,它是通過光電之間相互轉(zhuǎn)換,使測量系統(tǒng)與現(xiàn)場信號在電氣上隔離開,保證系統(tǒng)的安全。通常低速數(shù)字 I/O 信號采用光耦器件進行隔離。通過光耦器件隔離后將不同幅值的輸入信號轉(zhuǎn)換為標準 TTL 電平信號，并將通用平臺輸出的 TTL 信號轉(zhuǎn)換為與被測部件兼容的電平信號。這種隔離目的：是外部電信號與內(nèi)部電路隔離，或者控制電路電信號與輸出高電壓大電流信號隔離，如下（a）、（b）圖所示。

(a) 外部輸入與內(nèi)部電路的隔離             (b)控制輸出與外部電路的隔離

目前,大多數(shù)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)，這些都是在選型的時候要根據(jù)設(shè)計應(yīng)用需求而定。

3.2，脈沖變壓器隔離

脈沖變壓器是一種寬頻變壓器，初級與次級隔離。前級與后級互不成回路，要求波形傳輸時不失真，也就是要求波形的前沿，頂降都要盡可能小。由于脈沖變壓器傳遞輸入、輸出脈沖信號時不傳遞直流分量,因而在測量控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)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達到10MHz。典型電路如下（a）、（b）圖所示。

(a)高頻脈沖隔離應(yīng)用 (b)隔離開關(guān)電源中的應(yīng)用

4，模擬電路隔離

在工業(yè)控制中常用到的隔離有直流電源隔離和線性放大信號隔離，這里就探討這倆種模擬隔離。

4.1，直流電源隔離

一種是直流電源DC/DC隔離模塊的使用，如下圖所示，26V直流電源輸入，產(chǎn)生+15V的隔離電源輸出。

另一種是專業(yè)的隔離控制IC,如MAX13256  為H橋變壓器驅(qū)動器，可以設(shè)計出高達10W的可調(diào)電壓的隔離電源。

4.2，線性放大信號隔離

具有直流分量和共模噪聲干擾比較嚴重的場合,模擬信號的測量和控制系統(tǒng)必須對輸入與輸出之間進行隔離,以消除噪聲的耦合。隔離可使模擬信號的測量、控制系統(tǒng)有如下好處:

（1）防止模擬系統(tǒng)干擾,尤其是電力系統(tǒng)的接地干擾進入邏輯系統(tǒng),導(dǎo)致邏輯系統(tǒng)的工作紊亂。

（2）在精密測量系統(tǒng)中,防止數(shù)字系統(tǒng)的脈沖波動干擾進入模擬系統(tǒng),尤其是前置放大部分,因為前置放大部分的信號非常微弱,較小的騷擾波動信號就會把有用信號淹沒。

一種是對于高電壓大電流信號的隔離一般采用互感器隔離。如下圖所示：

另外一種是微電壓微電流隔離隔離方法，微電流模擬信號的隔離系統(tǒng)相對來說比較復(fù)雜,既要考慮其精度、頻帶寬度、溫漂等因素的影響，又要考慮其價格因素，對于具有較大的共模噪聲,且測量精度要求比較高的場合,應(yīng)采取專門的隔離措施，可選擇高精度線性隔離放大器。

5，結(jié)束語

一般來說隔離電路的設(shè)計主要出于兩種考慮：第一，保護被測電路和測試電路，使其不至于因測試電路或被測電路的故障而影響整個系統(tǒng)的工作。第二，減小環(huán)境噪聲對測試電路的影響。為保護后級設(shè)備、保證測量結(jié)果的有效性，測試電路與被測電路必須做到嚴格的電氣隔離，隔離電路應(yīng)具有較高的精度，但是同時也要考慮電路的成本和體積也要符合工程需要。

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參考文獻

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