電子電氣設(shè)備的電路隔離技術(shù)

圖4 光 電 耦 合 器 電 路

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(dá)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(dá)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(shù)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(cè)，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(shù)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)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(dá)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(yīng)用實例。

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

圖 5 脈 沖 變 壓 器 的 應(yīng) 用

3.3 繼電器隔離

繼電器是常用的數(shù)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(cè)的干擾無法進(jìn)入低壓直流側(cè)。

圖6 繼電器隔離

4 模擬電路與數(shù)字電路之間的隔離

一般地說，模擬電路與數(shù)字電路之間的轉(zhuǎn)換通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）或數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）來實現(xiàn)。但是，若不采取一定的措施，數(shù)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(shù)字電路對模擬電路帶來的高頻干擾，一般須將模擬地與數(shù)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(shù)字電路的高頻干擾，要想排除來自數(shù)字電路的高頻干擾，必須把數(shù)字電路與模擬電路隔離開來，常用的隔離方法是在A/D轉(zhuǎn)換器與數(shù)字電路之間加入光電耦合器，把數(shù)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(yán)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(jìn)行了隔離，因為在前置處理級與模數(shù)轉(zhuǎn)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(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）與數(shù)字電路之間采用光電耦合器隔離，把模擬地與數(shù)字地隔開，這樣一來，既防止了數(shù)字系統(tǒng)的高頻干擾進(jìn)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(dāng)然，這種系統(tǒng)的造價較高，一般只用于高精度的測量系統(tǒng)中。

數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）電路的隔離與模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）電路的隔離類似，因而所采取的技術(shù)措施也差不多，圖7（d）是數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）電路的隔離方法之一。

(a)一 點 接 地 (b)單 端 隔 離 的 數(shù) 模 轉(zhuǎn) 換 電 路

(d) 單 端 隔 離 的 數(shù) 模 轉(zhuǎn) 換 電 路

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

5 結(jié)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(chǎn)品的研制實踐中,還要對電子電氣設(shè)備的內(nèi)部噪聲及外部干擾進(jìn)行全面的分析，結(jié)合“接地問題”，“屏蔽問題”,選擇合理的隔離方式及其恰當(dāng)?shù)母綦x部位，進(jìn)行統(tǒng)一部署，才能設(shè)計出滿足電磁兼容性要求的合格產(chǎn)品，造福于社會。