电子电气设备的电路隔离技术

由于C2是屏蔽层的对地阻抗，在低频范围内，ZE《(1/jωC10)，所以u2C→0。由此可见，采取屏蔽措施后，通过隔离变压器的共模噪声电压被大大地削弱了。

随着技术的进步，国外已研制成功了专门抑制噪声的隔离变压器（NoiseCutoutTransformer，简称NCT），这是一种绕组和变压器整体都有屏蔽层的多层屏蔽变压器。这类变压器的结构，铁心材料，形状及其线圈位置都比较特殊，它可以切断高频噪声漏磁通和绕组的交链，从而使差模噪声不易感应到二次侧，故这种变压器既能切断共模噪声电压，又能切断差模噪声电压，是比较理想的隔离变压器。

2.1.2 直流供电系统的隔离

当控制装置和电子电气设备的内部子系统之间需要相互隔离时，它们各自的直流供电电源间也应该相互隔离，其隔离方式如下：第一种是在交流侧使用隔离变压器，如图2（a）所示；第二种是使用直流电压隔离器（即DC/DC变换器），如图2（b）所示。

(a)交 流 侧 隔 离 (b)直 流 隔 离

图2 直 流 电 源 系 统 的 隔 离

2.2 模拟信号测量系统的隔离

对于具有直流分量和共模噪声干扰比较严重的场合，在模拟信号的测量中必须采取措施，使输入与输出完全隔离，彼此绝缘，消除噪声的耦合。隔离对系统有如下好处：

——防止模拟系统干扰，尤其是电力系统的接地干扰进入逻辑系统，导致逻辑系统的工作紊乱；

——在精密测量系统中，防止数字系统的脉冲波动干扰进入模拟系统，尤其是前置放大部分，因为前置放大部分的信号非常微弱，较小的骚扰波动信号就会把有用信号淹没。

2.2.1 高电压、大电流信号的隔离

高电压、大电流信号采用互感器隔离，其抑制噪声的原理与隔离变压器类似，这里不再赘述。互感器隔离的应用如图3（a）所示。

(a)互 感 器 隔 离 电 路 (b)线 性 隔 离 放 大 器

图3 模 拟 信 号 输 入 隔 离 系 统

2.2.2 微电压、微电流信号的隔离

微电压、微电流模拟信号的隔离系统相对来说比较复杂，既要考虑其精度，频带宽度的因素，又要考虑其价格因素。一般情况下，对于较小量的共模噪声，采用差动放大器或仪表放大器就能够取得良好的效果，但对于具有较大量的共模噪声，且测量精度要求比较高的场合，应该选择高精度线性隔离放大器，如BB公司的ISO106，其主要参数如下：

——交流耐压35kV/1min，60Hz；

——直流耐压495kV；

——冲击耐压8kVPK/10s；

——非线性误差0.007％；

——隔离噪声抑制比交流130dB，直流160dB。

ISO106的优秀参数，使其大量地应用于精密测量系统中，线性隔离放大器的应用如图3（b）所示。

2.3 模拟信号控制系统的隔离

如前所述，模拟信号控制系统的隔离与模拟信号测量系统的隔离类似，即交流信号一般采用变压器隔离，直流信号一般采用直流电压隔离器或线性隔离器隔离。

3 数字电路的隔离

与模拟系统类似，一套控制装置，或者一台电子电气设备，通常所包含的数字系统有：数字信号输入系统，数字信号输出系统。数字量输入系统主要采用脉冲变压器隔离，光电耦合器隔离；而数字量输出系统主要采用光电耦合器隔离，继电器隔离，个别情况也可采用高频变压器隔离。

3.1 光电耦合器隔离

这种隔离方法是用光电耦合器把输入信号与内部电路隔离开来，或者是把内部输出信号与外部电路隔离开来，如图4（a）、（b）所示。

(a)外 部 输 入 与 内 部 电 路 的 隔 离
(b)控 制 输 出 与 外 部 电 路 的 隔 离

图4 光 电 耦 合 器 电 路

目前，大多数光电耦合器件的隔离电压都在2.5kV以上，有些器件达到了8kV，既有高压大电流大功率光电耦合器件，又有高速高频光电耦合器件（频率高达10MHz）。常用的器件如：4N25，其隔离电压为5.3kV；6N137，其隔离电压为3kV，频率在10MHz以上。

3.2 脉冲变压器隔离

脉冲变压器的匝数较少，而且一次绕组和二次绕组分别绕于铁氧体磁芯的两侧，这种工艺使得它的分布电容特小，仅为几个pF，所以可作为脉冲信号的隔离元件。脉冲变压器传递输入、输出脉冲信号时，不传递直流分量，因而在微电子技术控制系统中得到了广泛的应用。一般地说，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达到10MHz。图5（a）是脉冲变压器的示意图。脉冲变压器主要用于晶闸管（SCR）、大功率晶体管（CTR）、IGBT等可控器件的控制隔离中。图5（b）是脉冲变压器的应用实例。

(a) 脉 冲 变 压 器 (b) 脉 冲 变 压 器 应 用 于 开 关 电 源 中

图 5 脉 冲 变 压 器 的 应 用

3.3 继电器隔离

继电器是常用的数字输