电子电气电路的隔离技术浅探

摘 要：电路隔离技术的种类有很多，例如模拟数字电路的隔离、电路的隔离、数字电路与模拟电路之间的隔离等。其中使用的隔离方式主要包括光电搞合器隔离法、变压器隔离法、直流电压隔离法、继电器隔离法等。本文针对电子电气电路的隔离技术展开了探讨，从而保证电气设备的正常工作。

关键词：电子； 电路； 电气隔离； 干扰

中图分类号：TN97 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（20156）01-191-001

1.引言

通过隔离元器件切断噪声干扰的路径是电路隔离的主要目的。使用电路隔离的方法后，大多数的电路都能够获得良好的抑制噪声干扰的效果，使设备达到电磁兼容性的要求。电路隔离的方法包括：数字电路的隔离、模拟电路的隔离、数字电路与模拟电路之间的隔离。

2.数字电路的隔离

数字电路隔离技术主要包括光电祸合器隔离、脉冲变压器隔离、光纤隔离以及继电器隔离等等。在几种隔离方式中，数字量的输出隔离主要采用光电耦合器隔离、继电器隔离或高频变压器隔离，数字量的输入隔离主要采用脉冲变压器隔离、光电祸合器隔离。

2.1脉冲变压器隔离

作为脉冲信号的隔离元件，脉冲变压器具有的匝数少，一次绕组和二次绕组分别绕于铁氧体磁芯两侧，分布电容特小（仅几pF）的优点。在微电子技术控制系统中，脉冲变压器传递输入、输出脉冲信号时不传递直流分量，所以得到了广泛的应用。一般来说，脉冲变压器的信号传递频率在1kHz～1MHz之间，新型的高频脉冲变压器的传递频率可以达到10MHz。

2.2光电耦合器隔离

光电耦合器隔离是用光电耦合器隔离输入信号与内部电路，或者隔离内部输出信号与外部电路。目前，多数光电耦合器件隔离电压都在2.5kV以上，有些光电耦合器达到了8kV，既有高速高频光电耦合器件，又有高压大电流大功率光电耦合器件。常用光电耦合器如：4N25，其隔离电压为5.3kV；6N137，其隔离电压为3kV，频率在10MHz以上。

3.模拟电路的隔离

模拟电路的隔离比较复杂，这主要取决于对传输通道的精度要求。当对精度要求越高时，其通道的成本就会越高。可是，当对性能的要求成为主要矛盾时，就应以性能为主来选择隔离元器件，而把成本放在第二位。反之，就应以价格为主来选择隔离元器件，而把性能放在第二位。模拟电路的隔离主要采用的方法包括：互感器隔离、变压器隔离、线性隔离放大器隔离和直流电压隔离器隔离等。

3.1供电系统的隔离

3.1.1交流供电系统的隔离。因为交流电网中存在着大量的谐波、高频干扰、雷击浪涌等噪声，所以由交流电源供电的电子电气设备和控制装置，都需要采取一系列措施来抑制自交流电源的干扰。抑制窜入交流电源中的噪声干扰的有效办法是采用电源隔离变压器。但是，普通变压器并不能达到完全的抗干扰作用。原因是一次绕组和二次绕组之间虽然绝缘，可以阻止一次侧的噪声电压、电流直接传输到二次侧，起到隔离作用。但由于分布电容（绕组与铁心之间，绕组之间，层匝之间和引线之间）的存在，交流电网中的噪声就会通过分布电容耦合到二次侧。这样为了能有效地抑制噪声，就必须在绕组间加屏蔽层，以此消除干扰，提高设备的电磁兼容性。

3.1.2直流供电系统的隔离。在电子电气设备的内部子系统与控制装置间需要采用隔离时，直流供电电源间也应采取隔离，隔离方式主要有两种：一是将隔离变压器加在交流侧，另一种是加入直流电压隔离器。

3.2模拟信号测量系统的隔离

在具有直流分量和共模噪声干扰比较严重的场合中，测量模拟信号时，必须采取措施将输入与输出完全隔离，做到彼此绝缘，将噪声耦合消除掉，这样对系统有两点好处：

3.2.1防止逻辑系统的工作紊乱：隔离系统防止了模拟信号的干扰，尤其是电力系统的接地干扰进入逻辑系统。

3.2.2防止有用信号淹没：在精密测量系统中，需要防止数字系统的脉冲波动干扰进入模拟系统，放大前信号都非常微弱，较小的骚扰波动信号就会把有用信号淹没掉。

4.数字电路与模拟电路的隔离

对于数字电路与模拟电路间的隔离，主要采用数/模转换装置，而对于有着高要求的电路而言，除了采用转换装置外，在其两端还需要分别添加模拟装置与数字装置的隔离装置元件。

我们主要通过模数转换器或数模转换器来实现模拟电路与数字电路之间的转换，模拟电路会受到数字电路中高频振荡信号的干扰，从而会影响测量的精度。为了减少高频干扰，一般采用模拟地与数字地分开布线的方法。

将光电耦合器加在A/D转换器与数字电路之间，排除来自数字电路的高频干扰，还不能从根本上解决模拟电路中的干扰问题，这是由于共模干扰和差模干扰没有得到有效的抑制，对于高精密测量场合，不能满足要求，仍存缺陷。

在具有严重干扰的测量场合，需要将信号接收部分与模拟处理部分进行隔离。在前置处理级与模数转换器（A/D）之间加入线性隔离放大器，将信号地与模拟地隔离开来，同时采用光电耦合器将模数转换器（A/D）与数字电路隔离，从而隔离了模拟地与数字地。这样既阻止了数字系统的高频干扰进入模拟部分，又阻断了前置电路部分产生的共模干扰与差模干扰。当然，这种造价较高的系统，一般只被用于高精度测量系统中。

5.结束语

当前，隔离技术已经在电子电气电路中得到广泛应用，使得电子电气设备在使用中更加安全，同时也减少了一定损耗。当然在产品的研制实践中，我们还要对电子电气设备的内部噪声及外部干扰进行全面的分析，从而选择最合理的隔离方式及恰当的隔离部位，设计出满足电磁兼容性要求的合格产品，造福社会。

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