模拟电路和数字电路的隔离技术

模拟电路和数字电路的隔离技术

一.电路隔离的目的：

电路隔离的主要目的是通过隔离元件把噪声干扰的路径切断，从而达到抑制噪声干扰的效果，使设备符合电磁兼容性的要求。

二.电路隔离的分类：

三.典型隔离电路介绍：

1.模拟电路的隔离：

根据系统功能不同模拟电路可分为供电子系统，模拟信号测量子系统和模拟信号控制等子系统。为了使各个子系统免受电网上各种噪声的干扰，以及各个系统间的相互干扰，因此就存在供电系统的隔离，模拟信号测量系统的隔离和模拟信号控制系统的隔离等电路。

1.1供电系统的隔离：

根据供电系统的电源不同，供电系统又分为交流供电和直流供电系统两种，下面分别介绍常用的隔离电路。 ✓ 交流供电系统的隔离

隔离目的：隔离电网中的谐波，雷击浪涌，高频干扰等噪声。

隔离方法：采用电源隔离变压器，这种变压器不同于普通变压器之处在于绕组间是否加屏蔽层。是常用的隔离方法。

简要分析：原理电路如图1所示：

1c

(a)无屏蔽层 (b) 有屏蔽层

图1隔离变压器

在图1(a)中，隔离变压器不加屏蔽层，C12是一次和二次绕组之间的分布电容，在共模电压U1C 的作用下，二次绕组所耦合的共模噪声电压为U2C,C2E 是二次侧的对地电容，则从图可知二次侧的共模噪声电压U2C 为：

2E

12121C 2C C C U U ＋＝

∙

在图1(b)中，隔离变压器加屏蔽层，其中C10、C20分别代表一侧和二次绕组对屏蔽层的丰补电容，ZE 使屏蔽层的对低阻抗，C2E 是二次绕组侧对地电容，则从图可知二次侧的巩膜再生电压U2C 为：

2E

202E E

E 1C C 2C C C C10

j 1

Z Z U U +∙

+∙ω＝

当ZE<

j 1

ω时，U2C 趋于0。所以采取屏蔽措施后，通过变压器的共模噪声

电压被大大地消弱。 ✓ 直流供电系统的隔离

隔离目的：控制子系统或电气设备内部需独立工作时，将直流供电电源隔离可有效减小系统间的干扰。

隔离方法：方法一，在交流侧采取变压器隔离如图2(a)所示，方法二，在直流测分别采用DC/DC变换如图2(b)所示。

简要分析：典型线路见图2。

(a)交流侧隔离 (b)直流侧隔离

图2直流供电系统的隔离

图2(a)在交流侧加隔离变压器隔离后,副边侧分为3个独立的子系统。这种电路即把交流输入侧的噪声屏蔽掉又使各子系统间不相互干扰，缺点是在功率较大时以变压器在工频下工作，所以体积会很大。图2(b)此隔离方法能起到较好地隔离效果，不足之处在于，分别采用DC/DC电路会使电路复杂。可开性降低。

1.2.模拟信号测量系统的隔离

隔离目的：是输入输出完全隔离，彼此绝缘，消除噪声的耦合。

✓高电压大电流信号的隔离

隔离方法：互感器隔离。

隔离原理：与变压器隔离相似，可参考变压器隔离部分。

(a)互感器隔离电路 (b)线性隔离放大器电路

图3模拟信号输入隔离电路

✓微电压微电流隔离

隔离方法：对于较小的共模信号采用差动放大器或仪表放大器；对于较大的共模信号采用高精度线性隔离放大器，如图3(b)所示。

2.数字电路的隔离

目前采用的隔离手段主要有：输入：脉冲变压器隔离，光耦隔离等；输出：光耦隔离，继电器隔离等。

2.1光耦隔离

隔离目的：是外部电信号与内部电路隔离，或者控制电路电信号与输出高电压大电流信号隔离。

简要分析：典型电路如图4(a)、(b)所示

输出

(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光耦隔离电路

这工隔离方法的工作原理是当光耦的二极管测加以电信号时，二极管发光驱动光敏三极管导通控制输出侧电路。

2.2高频脉冲变压器隔离

高频脉冲变压器的特点：匝数少，分散电容小；只传输脉冲信号而不传输直流信号；是哦能够频率宽：1K-1MHz。

主要应用场合：晶闸管（SCR），大功率晶体管（CTR），IGBT等的驱动隔离。典型电路：

简要分析：线路图见图

5

(a)高频脉冲隔离变压器 (b)隔离变压器在开关电源中的应用

图5隔离变压器电路

采用图5(a)所示脉冲变压器隔离，可以使控制电路与主电路电气隔离，保证控制电路不受主电路干扰。

2.3继电器隔离

隔离目的：使高低压隔离；交直隔离。

使用场合：常用于数字电路输出的隔离。

继电器隔离的特点：简单适用,价格低廉；不足之处是输出频率不宜过高。

简要分析：原理图见图6

图6继电器隔离电路

当控制输入端输出高电平时，继电器线圈工作使触点吸合，此时交流电压变加载负载两端，控制负载工作。

3.数字与模拟电路见的隔离：

由于本人对这部分内容了解较少，所以在此不作分析。

四.参考文献：

电子电气设备的电路隔离技术