鄧秋倫

摘要：電子電氣電路的隔離技術(shù)對(duì)電氣設(shè)備的性能影響十分重要，在電路設(shè)計(jì)中要求綜合的分析電路中的噪聲、干擾信號(hào)的來(lái)源，并結(jié)合具體的情況設(shè)計(jì)合適的隔離技術(shù)與方法，通過(guò)對(duì)模擬電路、數(shù)字電路以及二者之間結(jié)合電氣電路的隔離技術(shù)進(jìn)行分析，探究了常用的電子電氣電路中隔離技術(shù)，為相關(guān)的工作人員提供借鑒與指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：電子電路；電氣設(shè)備；隔離技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）08-0229-02

在電子電氣設(shè)備中，為了有效地對(duì)電路中的干擾與噪聲進(jìn)行隔離，提高電路工作的穩(wěn)定性，通常采用電路隔離的方法來(lái)切點(diǎn)電路中噪聲與干擾產(chǎn)生的路徑，使得電氣電路能夠達(dá)到抑制噪聲的目的，使得電路在工作的過(guò)程中能夠滿(mǎn)足電磁兼容性的要求，在對(duì)電子電氣電路進(jìn)行隔離時(shí)有很多方法，例如模擬/數(shù)字電路隔離方法、直流電壓隔離法、光纖隔離法等，在具體的隔離過(guò)程中，可以依據(jù)電氣電路的工作情況，采取合適的方法進(jìn)行隔離，達(dá)到降低噪聲與干擾的目的。

1模擬電路隔離技術(shù)分析

在電子電氣設(shè)備中一般都包括一套控制裝置、供電系統(tǒng)、模擬信號(hào)產(chǎn)生與測(cè)量系統(tǒng)等部分，而根據(jù)電氣設(shè)備的應(yīng)用范圍不同，供電系統(tǒng)可以分為交流供電系統(tǒng)與直流供電系統(tǒng)兩個(gè)部分，相對(duì)應(yīng)地直流電壓供電系統(tǒng)一般采用直流電進(jìn)行隔離，交流電壓供電系統(tǒng)采用交流電壓進(jìn)行隔離。由于模擬電路的組成結(jié)構(gòu)與信號(hào)測(cè)量的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在對(duì)噪聲與干擾進(jìn)行處理時(shí)，不僅要考慮信號(hào)的精度，同時(shí)還要考慮頻帶的寬度等因素，而對(duì)于高電壓器、大電流信號(hào)等設(shè)備噪聲與干擾的隔離，主要采用電壓互感器（電流互感器）等設(shè)備進(jìn)行隔離，以提高電路的穩(wěn)定性，而對(duì)于微電壓、微電流信號(hào)中出現(xiàn)干擾與噪聲主要采用線性隔離放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)噪聲的隔離，而對(duì)模擬信號(hào)控制電路一般采用的是變壓器或者自流電壓隔離器的方式進(jìn)行隔離。

1.1供電系統(tǒng)的隔離技術(shù)分析

1.1.1 交流供電系統(tǒng)隔離技術(shù)

一般情況下，交流電中往往會(huì)存在大量諧波、高頻干擾信息、環(huán)境干擾等情況，對(duì)于這種高頻諧波的現(xiàn)象的交流供電裝置，主要采用抑制干擾的方法對(duì)噪聲進(jìn)行隔離，例如可以采用電壓隔離變壓器對(duì)供電設(shè)備中的竄入電路進(jìn)行隔離，達(dá)到降低電路中存在的電磁干擾問(wèn)題，但有時(shí)普通的變壓器的一次繞組與二次繞組之間是絕緣的，能夠有效地阻止變壓器一次側(cè)的噪聲、電流傳輸?shù)蕉蝹?cè)，具有一定的隔離作用，但是由于在變壓器中存在分布電容，這樣交流電中的噪聲會(huì)通過(guò)電容將噪聲、干擾傳遞到二次側(cè)，對(duì)后續(xù)的供電系統(tǒng)造成干擾，為了有效地抑制這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，就必須在變壓器的繞組間添加屏蔽層，從而達(dá)到抑制噪聲與干擾的目的，同時(shí)也能夠提高電路設(shè)備的兼容性。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)成功研制的隔離變壓器可以專(zhuān)門(mén)的抑制噪聲，它是繞組與變壓器的整體都采用屏蔽層的多層屏蔽變壓器，并對(duì)變壓器的鐵芯、線圈位置的設(shè)置等都做了特殊的處理，以切斷高頻噪聲的傳輸途徑，降低電子線路中的差模噪聲通過(guò)電容感應(yīng)而傳輸?shù)阶儔浩鞯亩蝹?cè)，起到良好的隔離作用，是一種比較理想的交流供電系統(tǒng)的隔離技術(shù)。

1.1.2 直流供電系統(tǒng)的隔離

直流供電系統(tǒng)的隔離一般采用的技術(shù)先對(duì)穩(wěn)定，在系統(tǒng)的控制裝置與電子電路的設(shè)備需要隔離時(shí)，可以采用在交流側(cè)采用隔離變壓器就能夠有效地進(jìn)行隔離，還可以在電氣設(shè)備中采用DC/DC變換器自流壓隔離器就能夠達(dá)到隔離的效果，起到對(duì)電流中的噪聲與干擾進(jìn)行隔離的作用。

1.2 模擬電路信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)的隔離技術(shù)分析

在模擬測(cè)量信號(hào)系統(tǒng)中往往具有一定的自流分量與共模噪聲，這會(huì)模擬測(cè)量系統(tǒng)的信號(hào)產(chǎn)生干擾，通過(guò)對(duì)信號(hào)干擾的處理，可以有效地對(duì)電路中的邏輯系統(tǒng)進(jìn)行有效的隔離，導(dǎo)致電路的邏輯系統(tǒng)出現(xiàn)紊亂，特別是在精密測(cè)量系統(tǒng)中，就需要防止數(shù)字系統(tǒng)的脈沖干擾傳輸?shù)侥M電路中，特別是前置放大部分，就需要對(duì)其進(jìn)行合理隔離。

1）高電壓、大電流信號(hào)的技術(shù)。在模擬電路信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)中出現(xiàn)干擾與噪聲信號(hào)，主要采用的是互感隔離器技術(shù)，在抑制電路噪聲與干擾的原理上與隔離變壓器的工作原理相似，在這里就不再重復(fù)。

2）微電壓、微電流信號(hào)的隔離技術(shù)分析。微電壓、微電流模擬信號(hào)產(chǎn)生過(guò)程比較復(fù)雜，在采用隔離技術(shù)時(shí)，不僅需要考慮電路的精度，同時(shí)還要考慮頻帶寬度與價(jià)格成本的問(wèn)題，一般地，對(duì)于較小量的共模噪聲，基本上可以采用差動(dòng)放大器與儀表放大器就可以有效地解決問(wèn)題，而對(duì)于共模噪聲，要求處理的精度比較高，需要采用高精度的線性隔離放大器對(duì)其進(jìn)行隔離，要求隔離放大器的參數(shù)沖擊耐壓8kVPK/lOs，非線性誤差在0.007%左右。

1.3 模擬信號(hào)控制系統(tǒng)的隔離技術(shù)

信號(hào)控制系統(tǒng)的隔離采用的措施與模擬測(cè)量系統(tǒng)的噪聲與干擾隔離的技術(shù)相類(lèi)似，對(duì)于交流信號(hào)主要采用的是變壓器隔離技術(shù)，而直流信號(hào)主要采用的是自流變壓器或者非線性隔離器技術(shù)對(duì)噪聲與干擾進(jìn)行隔離。

2 數(shù)字電路的隔離技術(shù)

電子電氣設(shè)備的數(shù)字技術(shù)主要包括信號(hào)輸入輸出系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)等，在不同的數(shù)據(jù)電路系統(tǒng)中，需要采用不同的隔離技術(shù)來(lái)處理噪聲、干擾等問(wèn)題，才能有效地提高電路的通信質(zhì)量。

2.1 光電耦合器隔離技術(shù)

在數(shù)字電路的輸入系統(tǒng)對(duì)噪聲與干擾的抑制主要采用的光電耦合器隔離方法，并可以運(yùn)用光電耦合器隔離的方法將數(shù)字電路的內(nèi)部輸出信號(hào)與外部電路隔離開(kāi)，防止內(nèi)外部電路之間的相互干擾，具體的隔離技術(shù)原理如圖1、圖2所示。

在圖1、圖2的隔離電路中，隔離的信號(hào)回路可以分別采用獨(dú)立的電源而且采用不同的接地方式，可以將產(chǎn)生干擾與噪聲電流消除，這樣即使在遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸，也可以有效的消除電路中的噪聲與干擾電流，提高整個(gè)電路的穩(wěn)定性。

目前，對(duì)于大多數(shù)光電耦合器件的隔離電壓都控制在2.5kv以上，但是根據(jù)具體的工作情況來(lái)說(shuō)，有的隔離元件控制電壓達(dá)到了8kv以上，這樣就存在高壓大電流的光電耦合器，同時(shí)還存在高速高頻光電耦合器件，可以快速地處理噪聲與電磁波的干擾問(wèn)題，例如常用的隔離器件4N25，工作的隔離電源在5.3kv，但它的工作頻率在10MHz以上。因此，采用光電耦合隔離技術(shù)的性?xún)r(jià)比較好，但在使用應(yīng)該注意隔離速度的問(wèn)題。

2.2 脈沖變壓器隔離技術(shù)

采用脈沖變壓器隔離技術(shù)是運(yùn)用分布較小的電容對(duì)來(lái)對(duì)電路中的噪聲進(jìn)行隔離，而且脈沖電容容量也比較小，一般僅為幾個(gè)皮法拉，而且這種脈沖變壓器的匝數(shù)較少，將鐵氧磁芯導(dǎo)體兩側(cè)進(jìn)行一次繞組與二次繞組，結(jié)合隔離電容而形成了脈沖信號(hào)隔離元件。采用這種技術(shù)可以將脈沖變壓器技術(shù)的傳遞輸入與輸出脈沖信號(hào)進(jìn)行處理，而不需要直接傳遞自流分量，提高了電路中的穩(wěn)定性，在微電子技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。一般地，采用脈沖變壓器隔離技術(shù)的信號(hào)傳遞頻率控制在1kHz-lMkz之間，就可以達(dá)到對(duì)噪聲與干擾信號(hào)的隔離，而目前的新型的高頻脈沖變壓器也得到了廣泛的應(yīng)用，傳遞頻率可達(dá)到10MHz以上，具有良好的隔離效果。如圖3所示的脈沖式隔離變壓器結(jié)構(gòu)，主要采用的是大功率的晶閘管（SCR）與大功率晶體管（CTR）等可控器件對(duì)電子電氣中的干擾與噪聲進(jìn)行隔離控制，而且它的傳遞頻率也達(dá)到了10MHZ以上，在電子電路中得到了廣泛的應(yīng)用。

圖3 脈沖變壓器隔離技術(shù)

繼電器是常用的數(shù)字輸出隔離元件，具有良好的隔離特征，在數(shù)字電路傳輸?shù)倪^(guò)程中，為了提高隔離效果，往往采用繼電器技術(shù)與脈沖變壓器結(jié)合在一起，將電路中的低壓電流與高壓電流隔離開(kāi)，使得在高壓側(cè)的干擾、噪聲不能傳輸?shù)降蛪簜?cè)，這樣對(duì)電子線路的干擾也能夠起到良好的控制作用。因此，在數(shù)字電路中采用繼電器技術(shù)作為隔離元件與其他的隔離技術(shù)結(jié)合在一起，簡(jiǎn)單實(shí)用，隔離效果也比較好，而且價(jià)格低廉，應(yīng)用根據(jù)廣泛。

3 模擬電路與數(shù)字電路之間的隔離技術(shù)

在電子電路技術(shù)中，往往存在數(shù)字電路與模擬電路之間混合使用的情況，而在數(shù)字電路與模擬電路之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)，主要采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）或數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）來(lái)實(shí)現(xiàn)二者之間的轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，需要采用一定的隔離技術(shù)進(jìn)行處理，以防止二者在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中容易出現(xiàn)干擾的情況，同時(shí)也容易影響測(cè)量電路的精度，在抑制電路干擾與降低電路噪聲時(shí)可以采用地線的方式將干擾信號(hào)進(jìn)行接地處理，雖然這種方式不能有效的消除電路中的高頻干擾，但能夠起到降低噪聲的作用，為了有效地將模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)隔離就需在模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器中添加光電耦合器，這樣能夠在一定的程度上將模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)隔離開(kāi)，但是在實(shí)際的應(yīng)用中，還不能從根本上解決模擬電路中的干擾問(wèn)題，對(duì)電路轉(zhuǎn)換中出現(xiàn)的共模干擾和差模干擾地抑制還不是十分理想，特別是在高精度的測(cè)量的場(chǎng)合，這種方式還不能滿(mǎn)足要求，這就需要將模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的處理部分與接收部分進(jìn)行隔離處理，這樣就可以有效的方式數(shù)字信號(hào)中的高頻干擾進(jìn)入模擬電路中，同時(shí)也能夠有效地阻止前置電路部分的共模干擾和差模干擾，提高了信號(hào)的處理效率，這就隔離技術(shù)一般應(yīng)用在高精度的信號(hào)策略系統(tǒng)中。在數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的處理過(guò)程中，為了更好地保證信號(hào)穩(wěn)定，還需要全面的分析其中內(nèi)部設(shè)備的噪聲與外部干擾情況，進(jìn)而要能夠有效地解決電路中的接地與信號(hào)屏蔽的問(wèn)題，這樣就能夠有效的處理好電磁兼容性要求的合格產(chǎn)品，達(dá)到對(duì)模擬電路與數(shù)字電路自己信號(hào)隔離的效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，隨著人們對(duì)電子電氣設(shè)備性能的要求越來(lái)越高，隔離技術(shù)在電子電氣電路中得到了廣泛的應(yīng)用，從而也能夠使得電子電氣設(shè)備更加具有安全性，在一定程度上也能夠有效地降低電氣設(shè)備的能耗，提高電路中隔離效果，降低電氣設(shè)備的噪聲與干擾信號(hào)，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，需要對(duì)電氣設(shè)備的內(nèi)部噪聲與外部干擾進(jìn)行全面的分析與處理，并選擇合適有效的方式選擇隔離部位，設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足電磁兼容性要求的合格產(chǎn)品，提高電氣設(shè)備的節(jié)能效果與利用效率。

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