電子電氣設備的電路隔離技術

圖4 光 電 耦 合 器 電 路

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。

3.2 脈沖變壓器隔離

脈沖變壓器的匝數較少，而且一次繞組和二次繞組分別繞于鐵氧體磁芯的兩側，這種工藝使得它的分布電容特小，僅為幾個pF，所以可作為脈沖信號的隔離元件。脈沖變壓器傳遞輸入、輸出脈沖信號時，不傳遞直流分量，因而在微電子技術控制系統中得到了廣泛的應用。一般地說，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。圖5（a）是脈沖變壓器的示意圖。脈沖變壓器主要用于晶閘管（SCR）、大功率晶體管（CTR）、IGBT等可控器件的控制隔離中。圖5（b）是脈沖變壓器的應用實例。

(a) 脈 沖 變 壓 器 (b) 脈 沖 變 壓 器 應 用 于 開 關 電 源 中

圖 5 脈 沖 變 壓 器 的 應 用

3.3 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是繼電器輸出隔離的實例示意圖。在該電路中，通過繼電器把低壓直流與高壓交流隔離開來，使高壓交流側的干擾無法進入低壓直流側。

圖6 繼電器隔離

4 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）來實現。但是，若不采取一定的措施，數字電路中的高頻振蕩信號就會對模擬電路帶來一定的干擾，影響測量的精度。為了抑制數字電路對模擬電路帶來的高頻干擾，一般須將模擬地與數字地分開布線，參見圖7（a）。這種布線方式不能徹底排除來自數字電路的高頻干擾，要想排除來自數字電路的高頻干擾，必須把數字電路與模擬電路隔離開來，常用的隔離方法是在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）。但這種電路還不能從根本上解決模擬電路中的干擾問題，仍然存在著一定的缺陷，這是因為信號電路中的共模干擾和差模干擾沒有得到有效的抑制，對于高精密測量的場合，還不能滿足要求。對于具有嚴重干擾的測量場合，可采用圖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）與數字電路之間采用光電耦合器隔離，把模擬地與數字地隔開，這樣一來，既防止了數字系統的高頻干擾進入模擬部分，又阻斷了來自前置電路部分的共模干擾和差模干擾。當然，這種系統的造價較高，一般只用于高精度的測量系統中。

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，圖7（d）是數模轉換（D/A）電路的隔離方法之一。

(a)一 點 接 地 (b)單 端 隔 離 的 數 模 轉 換 電 路

(d) 單 端 隔 離 的 數 模 轉 換 電 路

(c)雙 端 隔 離 的 數 模 轉 換 電 路
圖7 模 擬 電 路 與 數 字 電 路 之 間 的 隔 離

5 結語

以上對電子電路的電氣隔離問題作出了概括性的論述，在產品的研制實踐中,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，結合“接地問題”，“屏蔽問題”,選擇合理的隔離方式及其恰當的隔離部位，進行統一部署，才能設計出滿足電磁兼容性要求的合格產品，造福于社會。