电器隔离技术

对电子电气电路的各种隔离进行了详尽的分析讨论，提出了抑制干扰而采取的电气隔离的技术措施，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；电磁兼容

Technologies of Circuit Isolation in Electronic and Electrical Equipments

HUANG Yao-feng, WANG Chuan-liang, ZHANG Chao-qun

Abstract:The many isolation technologies of the electronic and electrical circuit are put forward and analyzed,discussed in detail. So the normal operation of the electronic and electrical equipments are guaranted.

Keywords:Electron; Circuit; Electrical isolation; Interference; Electromagnatic compatibility

电路隔离的主要目的是通过隔离元器件把噪声干扰的路径切断，从而达到抑制噪声干扰的效果。在采用了电路隔离的措施以后，绝大多数电路都能够取得良好的抑制噪声的效果，使设备符合电磁兼容性的要求。电路隔离主要有：模拟电路的隔离、数字电路的隔离、数字电路与模拟电路之间的隔离。所使用的隔离方法有：变压器隔离法、脉冲变压器隔离法、继电器隔离法、光电耦合器隔离法、直流电压隔离法、线性隔离放大器隔离法、光纤隔离法、A/D转换器隔离法等。

数字电路的隔离主要有：脉冲变压器隔离、继电器隔离、光电耦合器隔离、光纤隔离等。其中数字量输入隔离方式主要采用脉冲变压器隔离、光电耦合器隔离；而数字量输出隔离方式主要采用光电耦合器隔离、继电器隔离、高频变压器隔离（个别情况下采用）。

模拟电路的隔离比较复杂，主要取决于对传输通道的精度要求，对精度要求越高，其通道的成本也就越高；然而，当性能的要求上升为主要矛盾时，应当以性能为主选择隔离元器件，把成本放在第二位；反之，应当从价格的角度出发选择隔离元器件。模拟电路的隔离主要采用变压器隔离、互感器隔离、直流电压隔离器隔离、线性隔离放大器隔离。

模拟电路与数字电路之间的隔离主要采用模/数转换装置；对于要求较高的电路，除采用模/数转换装置外，还应在模/数转换装置的两端分别加入模拟隔离元器件和数字隔离元器件。

2 模拟电路的隔离

一套控制装置或者一台电子电气设备，通常包含供电系统，模拟信号测量系统，模拟信号控制系统。而供电系统又可分为交流供电系统和直流供电系统，交流供电系统主要采用变压器隔离，直流供电系统主要采用直流电压隔离器隔离。模拟信号测量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；对于高电压、大电流信号，一般采用互感器（电压互感器、电流互感器）隔离法，近年来，又出现了霍尔变送器，这些元器件都是高电压、大电流信号测量常规使用的元器件；对于微电压、微电流信号，一般采用线性隔离放大器。模拟信号控制系统与模拟信号测量系统的隔离类似，一般采用变压器、直流电压隔离器。

2.1 供电系统的隔离

2.1.1 交流供电系统的隔离

由于交流电网中存在着大量的谐波，雷击浪涌，高频干扰等噪声，所以对由交流电源供电的控制装置和电子电气设备，都应采取抑制来自交流电源干扰的措施。采用电源隔离变压器，可以有效地抑制窜入交流电源中的噪声干扰。但是，普通变压器却不能完全起到抗干扰的作用，这是因为，虽然一次绕组和二次绕组之间是绝缘的，能够阻止一次侧的噪声电压、电流直接传输到二次侧，有隔离作用。然而，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，交流电网中的噪声会通过分布电容耦合到二次侧。为了抑制噪声，必须在绕组间加屏蔽层，这样就能有效地抑制噪声，消除干扰，提高设备的电磁兼容性。图1(a)、(b)所示为不加屏蔽层和加屏蔽层的隔离变压器分布电容的情况。

图1 变压器隔离

(a)无屏

蔽(b)有屏蔽

在图1（a）中，隔离变压器不加屏蔽层，C12是一次绕组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：

u2C=u1C C12/（C12＋C2E）

在图1（b）中，隔离变压器加屏蔽层，其中C10、C20分别代表一次绕组和二次绕组对屏蔽层的分布电容，Z E是屏蔽层的对地阻抗，C2E是二次绕侧的对地电容，则从图可知二次侧的共模噪声电压u2C为：

u2C=〔u1C Z E/（Z E＋1/jωC10）〕〔C2E/（C20＋C2E)〕

由于C2是屏蔽层的对地阻抗，在低频范围内，Z E《(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出隔离元件，用继电器作为隔离元件简单实用，价格低廉。图6是继电器输出隔离的实例示意图。在该电路中，通过继电器把低压直流与高压交流隔离开来，使高压交流侧的干扰无法进入低压直流侧。

图6 继电器隔离

4 模拟电路与数字电路之间的隔离

一般地说，模拟电路与数字电路之间的转换通过模数转换器（A/D）或数模转换器（D/A）来实现。但是，若不采取一定的措施，数字电路中的高频振荡信号就会对模拟电路带来一定的干扰，影响测量的精度。为了抑制数字电路对模拟电路带来的高频干扰，一般须将模拟地与数字地分开布线，参见图7（a）。这种布线方式不能彻底排除来自数字电路的高频干扰，要想排除来自数字电路的高频干扰，必须把数字电路与模拟电路隔离开来，常用的隔离方法是在A/D转换器与数字电路之间加入光电耦合器，把数字电路与模拟电路隔离开，参见图7（b）。但这种电路还不能从根本上解决模拟电路中的干扰问题，仍然存在着一定的缺陷，这是因为信号电路中的共模干扰和差模干扰没有得到有效的抑制，对于高精密测量的场合，还不能满足要求。对于具有严重干扰的测量场合，可采用图7（c）所示的电路。在该电路中，把信号接收部分与模拟处理部分也进行了隔离，因为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，把信号地与模拟地隔开，同时在模数转换器（A/D）与数字电路之间采用光电耦合器隔离，把模拟地与数字地隔开，这样一来，既防止了数字系统的高频干扰进入模拟部分，又阻断了来自前置电路部分的共模干扰和差模干扰。当然，这种系统的造价较高，一般只用于高精度的测量系统中。

数模转换（D/A）电路的隔离与模数转换（A/D）电路的隔离类似，因而所采取的技术措施也差不多，图7（d）是数模转换（D/A）电路的隔离方法之一。

(a)一点接地 (b)单端隔离的数模转换电路

(d) 单端隔离的数模转换电路

(c)双端隔离的数模转换电路

图7 模拟电路与数字电路之间的隔离

5 结语

以上对电子电路的电气隔离问题作出了概括性的论述，在产品的研制实践中,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，结合“接地问题”，“屏蔽问题”,选择合理的隔离方式及其恰当的隔离部位，进行统一部署，才能设计出满足电磁兼容性要求的合格产品，造福于社会

一般工业控制系统既包括弱电控制部分，又包括强电控制部分。为了使两者之间既保持控制信号联系，又要隔绝电气方面的联系，即实行弱电和强电隔离，是保证系统工作稳定，设备与操作人员安全的重要措施。

电气隔离目的之一是从电路上把干扰源和易干扰的部分隔离开来，从而达到隔离现场干扰的目的。

一、信号隔离

信号的隔离目的之一是把引进的干扰通道切断，使测控装置与现场仅保持信号联系，不直接发生电的联系。工控装置与现场信号之间常用的隔离方式有光电隔离、脉冲变压器隔离、继电器隔离和布线隔离等。

1．光电隔离

光电隔离是由光电耦合器件来完成的。其输入端配置发光源，输出端配置受光器，因而输入和输出在电气上是完全隔离的。由于光电耦合器的输入阻抗（100Ω～1kΩ）与一般干扰源的阻抗（105～106Ω）相比较小，因此分压在光电耦合器的输入端的干扰电压较小，它所能提供的电流并不大，不易使半导体二极管发光。另外光电耦合器的隔离电阻很大（约1012Ω）、隔离电容很小（约几个pF），所以能阻止电路性耦合产生的电磁干扰，被控设备的各种干扰很难反馈到输入系统。

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1所示。开关量输入电路接入光电耦合器后，由于光电耦合器的隔离作用，使夹杂在输入开关量中的各种干扰脉冲都被挡在输入回路的一侧。由于光电耦合器不是将输入侧和输出侧的电信号进行直接耦合，而是以光为媒介进行耦合，具有较高的电气隔离和抗干扰能力。

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。

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，PLC使用的数字量信号输入／输出的控制设备不要求传递直流分量，因而在工控系统中得到了广泛的应用。

图2是脉冲变压器的应用实例。电路的外部信号经RC滤波电路和双向稳压管抑制常模噪声干扰，然后输入脉冲

变压器的一次侧。为了防止过高的对称信号击穿电路元件，脉冲变压器的二次侧输出电压被稳压管限幅后进入测控系统内部。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。

3．继电器隔离

继电器的线圈和触点没有电气上的联系，因此，可利用继电器的线圈接受信号，利用触点发送和输出控制信号，从而避免强电和弱电信号之间的直接接触，实现了抗干扰隔离。

图3是继电器输出隔离的实例示意图。在该电路中，通过继电器把低压直流与高压交流隔离开来，使高压交流侧的干扰无法进入低压直流侧。

4．布线隔离

将微弱信号电路与易产生噪声污染的电路分开布线，最基本的要求是信号线路必须和强电控制线路、电源线路分开走线，而且相互间要保持一定的距离。配线时应区别分开交流线、直流稳压电源线、数字信号线、模拟信号线、感性负载驱动线等。配线间隔越大，配线越短，则噪声影响越小。但是，实际设备的内外空间是有限的，配线间隔不可能太大，只要能维持最低限度的间隔距离便可。

附表列出了信号线和动力线之间应保持的最小间距。如果受环境条件的限制，信号线不能与高压线和动力线等离得足够远时，就得采用诸如信号线路接电容器等各种抑制电磁感应噪声的措施。

二、供电系统的隔离

采用1∶1隔离变压器供电是传统的抗干扰措施，对电网尖峰脉冲干扰有很好的效果。

图4是典型的隔离变压器原理图。它抗干扰的原理是一次侧对高频干扰呈现很高的阻抗，而位于一次、二次绕组之间的金属屏蔽层又阻隔了一、二次侧所产生的分布电容，因此一次绕组只有对屏蔽层的分布电容存在，高频干扰通过这个分布电容而被旁路入地。1∶1隔变效果的好坏，往往取决于屏蔽层的工艺。最好选用0.2mm厚的纯铜板材，一次侧、二次侧各加一个屏蔽层。通常，一次侧的屏蔽层通过一个电容器与二次侧的屏蔽层接到一起，再接到二次侧的地上。也可以一次侧的屏蔽层接一次侧的地线，二次侧的屏蔽层接二次侧的地线。并且接地引线的截面积也要大一些好。1∶1隔变还有效地隔离了接地环路的共模干扰。1．交流供电系统的隔离

由于交流电网中存在着大量的谐波、雷击浪涌、高频干扰等噪声，所以对由交流电源供电的控制装置和电子电气设备，都应采取抑制来自交流电源干扰的措施。采用电源隔离变压器，可以有效地抑制窜入交流电源中的噪声干扰。但是，普通变压器却不能完全起到抗干扰的作用，这是因为，虽然一次绕组和二次绕组之间是绝缘的，能够阻止一次侧的噪声电压、电流直接传输到二次侧，有隔离作用。然而，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，交流电网中的噪声会通过分布电容耦合到二次侧。为了抑制噪声，必须在绕组间加屏蔽层，这样就能有效地抑制噪声，消除干扰，提高设备的电磁兼容性。

电器隔离技术

对电子电气电路的各种隔离进行了详尽的分析讨论，提出了抑制干扰而采取的电气隔离的技术措施，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；电磁兼容 Technologies of Circuit Isolation in Electronic and Electrical Equipments HUANG Yao-feng, WANG Chuan-liang, ZHANG Chao-qun Abstract:The many isolation technologies of the electronic and electrical circuit are put forward and analyzed,discussed in detail. So the normal operation of the electronic and electrical equipments are guaranted. Keywords:Electron; Circuit; Electrical isolation; Interference; Electromagnatic compatibility 电路隔离的主要目的是通过隔离元器件把噪声干扰的路径切断，从而达到抑制噪声干扰的效果。在采用了电路隔离的措施以后，绝大多数电路都能够取得良好的抑制噪声的效果，使设备符合电磁兼容性的要求。电路隔离主要有：模拟电路的隔离、数字电路的隔离、数字电路与模拟电路之间的隔离。所使用的隔离方法有：变压器隔离法、脉冲变压器隔离法、继电器隔离法、光电耦合器隔离法、直流电压隔离法、线性隔离放大器隔离法、光纤隔离法、A/D转换器隔离法等。 数字电路的隔离主要有：脉冲变压器隔离、继电器隔离、光电耦合器隔离、光纤隔离等。其中数字量输入隔离方式主要采用脉冲变压器隔离、光电耦合器隔离；而数字量输出隔离方式主要采用光电耦合器隔离、继电器隔离、高频变压器隔离（个别情况下采用）。 模拟电路的隔离比较复杂，主要取决于对传输通道的精度要求，对精度要求越高，其通道的成本也就越高；然而，当性能的要求上升为主要矛盾时，应当以性能为主选择隔离元器件，把成本放在第二位；反之，应当从价格的角度出发选择隔离元器件。模拟电路的隔离主要采用变压器隔离、互感器隔离、直流电压隔离器隔离、线性隔离放大器隔离。 模拟电路与数字电路之间的隔离主要采用模/数转换装置；对于要求较高的电路，除采用模/数转换装置外，还应在模/数转换装置的两端分别加入模拟隔离元器件和数字隔离元器件。

电气隔离在电气控制线路上的应用

电气隔离在电气控制线路上的应用 发表时间：2018-11-15T16:24:58.037Z 来源：《建筑细部》2018年第9期作者：银柏 [导读] 这些干扰因素的存在，严重影响了电气控制工程的安全性能。只有采取措施解决这些干扰因素，才能使整个电气控制线路系统处于正常工作状态。 银柏 身份证号码：43052319xxxx06255X 摘要：最近几年，我国开始在电气控制线路方面投入电气隔离的使用。电气隔离这项技术的应用，对于我国电气控制工程来说，影响意义重大。因为，这一技术的使用不仅令我国电气控制工程安全更有保障，同时也促进了我国电气控制工程的发展。除此之外，在电气控制线路系统中还会遇及许多干扰因素。这些干扰因素的存在，严重影响了电气控制工程的安全性能。只有采取措施解决这些干扰因素，才能使整个电气控制线路系统处于正常工作状态。 关键词：电气隔离；电气控制工程；线路控制；控制应用 引言：电路隔离技术最直接的手段，就是通过切断电路中所有组成器件的连接状态，使电流完全被阻断，这便达到了电气线路控制的目的。通过电路隔离的方法，可以对电气控制线路工作过程中产生的噪音进行隔离。没有了工作噪音的干扰，就实现了对电气隔离技术的彻底应用。电路隔离在多种系统中都有应用，每一种系统应用都能达到电气线路控制的效果。接下来，笔者将会逐条介绍每一种有关电气隔离技术的系统应用。 一、电气控制线路上的各种电流隔离技术分析 1.利用交流电系统进行供电隔离 学过电路系统相关知识的技术人员都应该清楚，我们常见的电路系统组成包括：交流电系统和直流电系统。其中，交流电系统的特点是：电波频率高、波动范围大。因此，交流电系统产生的噪音也大。并且，交流电系统极其容易受到外来电波因素的干扰。一般地，在利用交流电系统进行电流供应时，必须采取相关供电隔离技术。通过这样的方式将外来电波因素与交流电系统完全隔绝开来，以保证交流电系统的正常电流供应状态。这项工作任务往往是，由一个被称作“隔离电源变压器”的装置来完成。“隔离电源变压器”也是我们日常生活中最为常见的电源抗干扰装置，它的主要功能还包括去除电流流通过程中产生的各种机械性噪音。 2.利用直流电系统进行供电隔离 除了交流电系统外，我们常见的供电系统还包括：直流电系统。相比较前者而言，这一供电系统产生的噪音污染范围更小，所以可以实现对其的快速控制。而且直流电系统的电波频率也是非常高的，波动也维持在一个固定的范围内。尽管其产生的噪音分贝极小，完全可以被忽略掉。但是对其噪音的控制工作，万万不可掉以轻心。倘若不对直流电系统运行过程中产生的噪音加以处理，最终将会因噪音污染积累过多，导致整个直流电子系统彻底崩溃。一旦发生这样的事故，将会导致整个供电系统损失惨重。因此，要求技术人员必须及时处理直流电系统运行过程中产生的噪音。 二、电气隔离在电气控制线路上的应用分析 1.电气隔离在数字电路系统中的应用 电气隔离在数字电路系统中的应用体现在：对数字光和处理器的隔离，数字纤维的隔离，继电器装置的隔离，变压器装置的隔离等。其中，电气隔离数字电路系统与光电有关的部分包括：有关高低频变压器的继电隔离。针对电气数字电路系统中的隔离部分，要求对其实现模式转换，使高频电路和低频电路之间可以实现自由切换。同时，还要求针对数字电路系统进行模拟装置的应用，通过模拟系统来实现对其的调控功能。 2.电气隔离在模拟电路系统中的应用 针对模拟电路系统的应用，可以从电流的传输路径进行分析。同时，还要求在模拟电路系统中体现整个电流的流通状态，并且对电流的传输途径做出了高精准度的要求。当然，模拟电路系统中的要求越多，成本自然也就越高。当投入成本高到一定程度，必然会引发电容器性能与电流传输路径的不一致现象。那么这时，我们就不能再把眼光放在如何降低成本的问题上，必须要设法使电容器的性能得到提高。只有电容器的性能被提高了，才能实现其在模拟电路系统中正确应用。 3.电气隔离在脉冲变压器系统中的应用 脉冲变压器系统需要利用电气隔离来对其进行脉冲信号的排除工作。由于脉冲变压器两侧会有一些磁芯结构，并且要进行多次外部磁芯包裹，这便使其周围分布的电容降到最低。但是脉冲电压器在进行高低电压的转换过程中，并不能传递直流电系统的电压。而且脉冲变压器传递的电波频率很高，集中分布在1.5千赫兹到1M赫兹之间，有的电波频率甚至可以达到15M赫兹。除此之外，脉冲变压器在进行信号传输过程中，不需要进行电流的分流控制，所以可以在该系统中实现电气隔离工作。 4.电气隔离在光电耦合器系统中的应用 光电耦合器系统中的电气隔离是通过对输入的电波信号和内部电路情况来进行调节的。除了调节输入的电波信号外，我们对输出的电

配电器的原理以及特点

配电器的工作原理以及常见二线制配电器的特点 首先给大家讲解一下配电器的工作原理： 电流环隔离配电器(也称安全栅配电器)具有单通道或双通道完全隔离功能（完全隔离的含意是输入回路输出回路辅助电源三者之间完全隔离），用户除可向无源探头、无源变送器、无源传感器供电外，更可将他们的信号变化转换成前后隔离的、输入输出回路高度一致的4～20mA信号，可方便地实现仪表和仪器之间的全隔离。由于输入输出通道完全隔离，避免了共模干扰对测量精度的影响，也避免了地电位不同对设备带来的危害。产品达到满量程千分之一的精度与线性度，50ppm的温度系数，能为用户提供稳定而精准的物理量隔离与转换功能。在某些应用中，也许不需要隔离，但仪表的输出阻抗有限，无法推动高输入阻抗的仪器，这时也需要本产品提供阻抗变换。 本产品输入阻抗低至100欧，可和任何仪表配合，而输出可推动300欧的负载。 电流环安全配电器隔离栅专为仪器仪表工业应用配套设计。广泛应用于电力系统、石油化工系统、金属煤炭矿业系统、制糖系统和其他工业环境。 产品主要技术参数： 输入信号：4～20mA吸收器(无实际电流输出) 输出信号：4～20mA 辅助电源电压：12～35V，推荐24V 输入回路供电电压：15～24V 完善的短路保护，在输入端不限时完全短路的情况下设备不发热不烧毁 最大允许电流：30mA 隔离转换电压：≤3.3V 基本误差：±0.1％ 负载变化：＜+0.1％／100Ω（负载＜250Ω时）＜-0.1％／100Ω（负载＞250Ω时） 绝缘电阻：输入／输出／电源≥100MΩ 绝缘强度：输入／输出／电源≥1000V／1分钟 工作环境：温度0-70℃、湿度≤90% 标准DIN35导轨安装，拆卸方便，适合密集安装 输入输出回路电源部分均有防雷电保护 外型尺寸：厚18mm(L)×高117mm(H)×宽101mm(W) 重量：32g±2g 关于二线制配电器的特点，大家也许都知道，现在小编系统的给大家总结整合一下，供大家使用。 工作电源 电源接线：独立的接线端子13－，14+，可带电拔插 电源电压：20~35VDC 电流损耗：24VDC时，<50mA 电源指示：得电时LED灯亮；绿色输入回路 输入通道：端子1，2，3接线（参见端子接线图） 变送器信号输入：4～20mA

信号隔离安全栅与信号隔离器的区别

信号隔离安全栅与信号隔离器的区别 一、定义 1、信号隔离器（isolator ）：一般指弱电系统中的信号隔离器，既保护下级信号系统不受上级系统影响和干扰。 2、信号隔离安全栅（safety barrier）：接在本质安全电路和非本质安全电路之 间。将供给本质安全电路的电压或电流限制在一定安全范围内的装置。安全栅是一种统称，分为齐纳式安全栅和隔离式安全栅，隔离式安全栅简称隔离栅。 金湖英普瑞电子设备有限公司主营产品有：隔离安全栅，信号隔离器，信号隔离配电器，直流信号隔离器,开关量信号安全栅，电流变送器。同时代理日本横河EJA变送器，横河AXF 电磁流量计，横河DY涡街流量计，罗斯蒙特3051系列变送器,罗斯蒙特248系列温度变送器，罗斯蒙特475手操器。 二、工作原理 1、信号隔离器工作原理：首先将变送器或仪表的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。 2、齐纳式安全栅的工作原理 安全栅的主要功能就是限制安全场所的危险能量进入危险场所，及限制送往危险场所的电压和电流。 齐纳管Z用于限制电压。当回路电压接近安全限压值时，齐纳管导通，使齐纳管两端的电压始终保持在安全限压值以下。 电阻R用于限制电流。当电压被限制后，适当选择电阻值，可将回路电流限制在安全限流值以下。 保险丝F的作用是防止因齐纳管被长时间流过的大电流烧断而导致回路限压失效。当超过安全限压值的电压加在回路上时，齐纳管导通，如果没有保险丝，流经齐纳管的电流将无限上升，最终烧断齐纳管，使回路失去限压。 为确保回路限压安全，保险丝的熔断速度要比齐纳管可能被烧断的速度快十倍。 采用图一所示的三冗余齐纳管的安全栅基本限能电路结构，能够确保安全栅在正常工作、一个故障点和两个故障点时均能将安全栅的输出能量限制在安全参数规定的范围之内，从而满足ia级本质安全电路的要求。 3、隔离式信号隔离安全栅的工作原理 与齐纳安全栅相比，隔离式安全栅除具有限压与限流的作用之外，还带有电流隔离的功能。隔离栅通常由回路限能单元、电流隔离单元和信号处理单元三部分组成，基本功能电路如图二所示。回路限能单元为安全栅的核心

信号隔离器的工作原理及功能是什么

信号隔离器的工作原理及功能是什么？ 1.工作原理： 首先将变送器或仪表的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。 2.功能： 一：保护下级的控制回路。 二：消弱环境噪声对测试电路的影响。 三：抑制公共接地、变频器、电磁阀及不明脉冲对设备的干扰；同时对下级设备具有限压、额流的功能是变送器、仪表、变频器、电磁阀PLC/DCS输入输出及通讯接口的忠实防护。 DIN系列导轨结构，易于安装，可有效的隔离：输入、输出和电源及大地之间的电位。能够克服变频器噪声及各种高低频脉动干扰。 信号隔离器的主要类型有哪些？ 1.隔离器： 工业生产中为增加仪表负载能力并保证连接同一信号的仪表之间互不干扰，提高电气安全性能。需要将输入的电压、电流或频率、电阻等信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流和电压信号，安全的送给二次仪表或plc\dcs使用。 2.配电器： 工业现场一般需要采用两线制传输方式，既要为变送器等一次仪表提供24V配电电源，同时又要对输入的电流信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流和电压信号，供后面的二次仪表或其它仪表使用。 3.安全栅：

一些特殊的工业现场（如燃气公司和化工厂）不但需要两线制传输，既提供配电电源又有信号隔离功能，同时还需要具有安全火花防爆的性能，可靠地遏制电源功率、防止电源、信号及地之间的点火，限流、降压双重限制信号及电源回路，把进入危险场所的能量限制在安全定额范围内。 信号隔离器安装维护应注意哪些事项？ 由于生产厂家不同，对隔离器的生产工艺、接线定义也不都相同，但使用场合基本相同，所以对产品的防护要求及维护基本相同。 1． 使用前应详细阅读说明书。 2． 作为信号隔离使用时，应将输入端串入环路电路中，输出端接取样回路。 3． 作为隔离配电使用时，应将输入端串入电源电路中，输出端接变送器。 4． 若不正常工作应先检查接线是否正确，注意电源有无及极性反正。 为什么有时PLC接收到的现场信号误差大且稳定性差？ 造成这种现象的原因很多，不同仪表信号参考点之间的电位差是重要因素。由于这个“电位差”造成仪表信号之间产生干扰电流，致使PLC误差大且稳定性差。所以不同设备、仪表的信号有一个共同的参考点是最佳状况。隔离器使输入/输出电气上完全隔离，在PLC模拟接口板形成共同的参考点，达到理想状况问题就解决了。 设计隔离端子的原则是什么？ 需要为每台隔离器都配电源吗？设计要遵循两个原则。第一：外部设备与中央处理系统（例如PLC、DCS）之间要进行电气隔离。第二：外部设备信号（无论是向中央处理系统发送信号的外部设备到还是接收信号的外部设备）之间要实现相互电气隔离。例如要把PLC输出的一路

PLC控制系统的电气隔离技巧

PLC 控制系统的电气隔离技术 德维森科技(深圳)有限公司 一般工业控制系统既包括弱电控制部分，又包括强电控制 部分。为了使两者之间既保持控制信号联系，又要隔绝电气方 面的联系，即实行弱电和强电隔离，是保证系统工作稳定，设 备与操作人员安全的重要措施。 电气隔离目的之一是从电路上把干扰源和易干扰的部分隔离开 来，从而达到隔离现场干扰的目的。 一、信号隔离 信号的隔离目的之一是把引进的干扰通道切断，使测控装置与 现场仅保持信号联系，不直接发生电的联系。工控装置与现场 信号之间常用的隔离方式有光电隔离、脉冲变压器隔离、继电 器隔离和布线隔离等。 1．光电隔离 光电隔离是由光电耦合器件来完成的。其输入端配置发光源， 输出端配置受光器，因而输入和输出在电气上是完全隔离的。 由于光电耦合器的输入阻抗（100Ω～1k Ω）与一般干扰源的 阻抗（105～106Ω）相比较小，因此分压在光电耦合器的输入 端的干扰电压较小，它所能提供的电流并不大，不易使半导体 二极管发光。另外光电耦合器的隔离电阻很大（约1012Ω）、 隔离电容很小（约几个pF ），所以能阻止电路性耦合产生的电 、管路敷设技术通过管线不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行 高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况 ，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。 、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。

隔离器与配电器

隔离器与配电器 有些人对4-20mA DC隔离器和配电器两者比较模糊，下面对两者进行比较。 首先介绍一下为什么要用4-20mA DC信号进行传输，工业上一般采集信号为电压信号，用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输用电压信号时会遇到以下问题： （1）传输信号是电压，传输线很容易受到干扰。 （2）传输线的分布电阻会产生压降。 （3）现场如何提供仪表放大器的工作电源也是问题。 所以工业现场多采用电流进行传输信号，因为电流信号不易受到干扰，且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，上限取20mA是因为防爆的要求，20mA电流的通断引起的火花能量不足以点燃瓦斯，之所以没有取0mA 是为了能检测到断线等故障，判断信号是否存在，正常工作时不会低于4mA。 再介绍一下4-20mA电流环的接线方式，有两种类型：二线制和三线制。当监控系统需要通过长线驱动现场的驱动器件如阀门等时，一般采用三线制变送器，这里XTR位于监控的系统端，由系统直接向XTR供电，供电电源是二根电流传输线以外的第三根线。二线系统是XTR和传感器位于现场端，由于现场供电问题的存在，一般是接收端利用4～20mA的电流环向远端的XTR供电，通过4～20mA来反映信号的大小。 隔离器预配电器简单说： 配电器是给仪表供24V DC电源，配电器就是工作电源；隔离器是把信号从现场与控制室隔开，隔离器既可以隔离，还可以把信号一分为二 直流输入信号隔离处理器：应用于各种电流源信号输入回路，仪表将直流电流输入信号转换成隔离的标准过程信号（电流/电压）输出。（电动调节单元）配电器：它通过DC-DC转换器向现场二线制变送器提供隔离24VDC电源,同时把从变送器来4～20mADC信号转换成隔离的1～5VDC或4～20mADC输出. （电动调节单元）

隔离技术的研究与应用

隔离技术的研究与应用 系电子信息工程系（宋体三号）专业姓名 班级学号_______________ 指导教师职称 指导教师职称 设计时间2012.9.15－2013.1.4

摘要 随着半导体集成电路技术的不断发展，要求在有限的晶圆表面做尽可能多的器件，晶圆表面的面积变得越来越紧张，器件之间的空间也越来越小，因此对器件的隔离工艺要求越来越高。 本课程设计主要介绍了半导体制造工艺中隔离技术的作用和发展，简单描述了结隔离、介电质隔离、局部氧化隔离工艺和浅沟槽隔离等常用隔离技术。由于集成电路的发展，其他的隔离技术已不适应现在的半导体工艺，本文以浅槽隔离技术工艺为重点详细介绍了隔离技术在半导体中的应用浅沟道隔离是目前大规模集成电路制造中用于器件隔离的主要方法。 关键词：结隔离，介电质隔离，局部氧化隔离工艺，STI

目录 摘要 (2) 目录 (3) 第1章绪论 (4) 1.1集成电路工艺技术概述 (4) 1.2隔离技术简介 (4) 第2章隔离技术的原理 (6) 2.1隔离技术的原理 (6) 2.2隔离技术的新发展 (6) 第3章隔离技术的工艺及发展 (7) 3.1结隔离 (7) 3.2介电质隔离 (8) 3.3局部氧化隔离（LOCOS）工艺 (9) 3.4浅沟槽隔离（STI）工艺简介 (11) 第4章浅沟槽隔离技术 (14) 4.1浅沟槽隔离技术(ST工)在半导体器件中的作用 (14) 4.2浅沟槽隔离刻蚀步骤 (15) 4.2.1隔离氧化层成长 (15) 4.2.2氮化物淀积 (15) 4.2.3光刻掩膜 (15) 4.2.4浅沟槽刻蚀 (16) 4.3隔离技术的关键工艺 (16) 4.3.1氧化和氮化硅生长 (16) 4.3.2沟壑(Trench)光刻与刻蚀 (16) 4.3.3二氧化硅CMP (17) 总结与展望 (19) 参考文献 (20) 致谢 (21)

信号隔离模块(信号隔离器)

DATA-8205 信号隔离模块主要用于对工业设备的RS232/RS485通信接口的隔离保护，通过模块内部电路的电气隔离，可有效避免地线回路电压、浪涌、感应雷击、静电、热插拔、电磁干扰等因素造成的设备损坏。 设备特点： ◆工业级电磁隔离，能够提供高达2500Vrms的隔离电压。 ◆完整的保护方案能使RS-232/RS-485设备安装于任何复杂的工业环境而免除静电、雷击、电磁和浪涌对设备的干扰或损坏。 ◆用户可自主设定隔离串口类型。 ◆全透明通信，无须调试、即插即用。 ◆通信波特率自适应。 ◆体积小巧，安装方便。 产品型号DATA-8205 符合标准EIA/TIA RS-232C、RS-485国际标准 工作方式自定义串口类型 波特率300bps ~ 57600bps自适应 信号隔离2500V 电源隔离非隔离 传输介质双绞线或屏蔽线 工作电源9 ~ 30VDC宽压输入 响应时间≤ 10nm 安装方式DIN导轨安装（35mm） 适用环境即插即用 工作环境-40℃到 85℃，相对湿度为5%到95% 外壳材质工程塑料 外型尺寸100x25.4x74mm

DATA-8301 信号隔离模块是工业级电流信号隔离分配器，采用磁隔离技术保证隔离器的隔离功能:输入、输出、电源之间全隔离，能够屏蔽现场各种干扰信号和有害信号，同时保证输出信号不衰减，提供高精度信号。采集现场各类一次传感器或其他仪表输出的直流信号后，经隔离、抗干扰处理后输出，使得检测和控制回路信号的安全性和抗干扰能力大大增强，提高系统可靠性。 设备特点： ◆采用高精度采集芯片，精度高。 ◆兼容性强，可接入各种4~20mA输出的变送器及仪表。 ◆具备两路电流输入、两路隔离电流输出，可为变送器和仪表提供DC 12V/24V供电电源。 ◆体积小巧，标准DIN35导轨安装，节省空间、安装简便。 产品型号DATA-8301 工作电压：10V～30V DC 负载能力：0~250Ω 消耗功率：≤2W 工作精度：±0.2% 隔离耐压：1500VDC 绝缘电阻：>100MΩ 响应时间：200μS 电磁兼容：IEC61000-4-4：1995 环境温度：-30℃~ 85℃ 环境湿度: <90% 无结露

信号隔离技术原理及其应用

信号隔离器原理及应用 在工业生产过程中，生成过程的监视和控制中要用到各种各样的仪器仪表，会产生各种各样的信号：既有微弱的毫伏级的小信号，又有数十伏的大信号，甚至还有高达数千伏和数百安培的强信号；既有直流低频信号，也有高频或脉冲尖峰信号；而这些信号都要经过互相传递和输送的过程，因此如何保证这些信号，特别是模拟信号在传输过程中不失真将成为系统调试中必须解决的问题。 具体地说，只有当控制装置和分布在现场的传感器和执行器之间的模拟信号传输无故障并且不失真时，才能保证过程控制安全可靠。尤其是小功率的模拟信号在干扰大的工业环境中传输时受各种外部干扰信号的影响，它们需要一条可靠的传输通道。日常工作经验表明，受设备要求的制约，必须谨慎小心的处理和传输模拟信号。而现场和控制层之间以模拟信号形式传输的测量和控制参数，在传输工程中常处于较恶劣的工业环境中，很可能会造成这些信号的失真。 造成模拟信号失真的原因 1. 接地环路问题：如下图所示，当过程环路中有两处或两处以上接地电阻不相等时，就会产生接地环路，过程信号就会失真。 要使信号完整而不失真地传输，理想化的情况是所有设备、仪表中的信号都有一个共同的参考点，也就是有一个共同的“地”。只有这样，所有的设备、仪表的信号参考点之间电位差才能为“零”。很显然，不同设备的接地电阻很难保证都相等，接地电阻也会随着传输距离的增加而升高，有时甚至产生高达200V的电位差。 2. 测量回路相互连接问题：如下图所示，在这些回路中，参考点要将因为接通多个信号回路而升高。 如上图，在这种相互连接的测量回路中，由于线间电阻的不断增加，必然会引起参考电压的不断升高。

电子电气设备的PCB电路隔离技术概述

电子电气设备的PCB电路隔离技术概述 电子电气设备的PCB电路隔离技术概述 核心摘要：本文对电子电气电路的各种隔离进行了详尽的分析讨论,提出了抑制干扰而采取的电气隔离的技术措施,从而保证电气设备的正常工作。 中心议题： 电气隔离的分类和方法 模拟电路的隔离、数字电路的隔离 模拟电路与数字电路之间的隔离 解决方案： 对相应的模拟电路分别进行变压器隔离等方法 对相应的数字电路分别进行脉冲变压器隔离，光电耦合器隔离等方法 对数字电路和模拟电路采用转换装置等方法 1 PCB电路隔离 PCB电路隔离的主要目的是通过隔离元器件把噪声干扰的路径切断，从而达到抑制噪声干扰的效果。在采用了PCB电路隔离的措施以后，绝大多数电路都能够取得良好的抑制噪声的效果，使设备符合电磁兼容性的要求。PCB电路隔离主要有：模拟电路的隔离、数字电路的隔离、数字电路与模拟电路之间的隔离。所使用的隔离方法有：变压器隔离法、脉冲变压器隔离法、继电器隔离法、光电耦合器隔离法、直流电压隔离法、线性隔离放大器隔离法、光纤隔离法、A/D转换器隔离法等。 数字电路的隔离主要有：脉冲变压器隔离、继电器隔离、光电耦合器隔离、光纤隔离等。其中数字量输入隔离方式主要采用脉冲变压器隔离、光电耦合器隔离；而数字量输出隔离方式主要采用光电耦合器隔离、继电器隔离、高频变压器隔离（个别情况下采用）。 模拟电路的隔离比较复杂，主要取决于对传输通道的精度要求，对精度要求越高，其通道的成本也就越高；然而，当性能的要求上升为主要矛盾时，应当以性能为主选择隔离元器件，把成本放在第二位；反之，应当从价格的角度出发选择隔离元器件。模拟电路的隔离主要采用变压器隔离、互感器隔离、直流电压隔离器隔离、线性隔离放大器隔离。 模拟电路与数字电路之间的隔离主要采用模/数转换装置；对于要求较高的电路，除采用模/数转换装置外，还应在模/数转换装置的两端分别加入模拟隔离元器件和数字隔离元器件。 2 模拟电路的隔离 一套控制装置或者一台电子电气设备，通常包含供电系统，模拟信号测量系统，模拟信号控制系统。而供电系统又可分为交流供电系统和直流供电系统，交流供电系统主要采用变压器隔离，直流供电系统主要采用直流电压隔离器隔离。模拟信号测量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

信号隔离器应用场合及使用原理

信号隔离器应用场合及使用原理 2008/3/6/09:04 1．信号隔离器的作用 （1）地环流干扰 在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构，他们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、毫安级的小信号；又有几十伏，数千伏、数百安培的大信号；既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等，构成系统后往往发现在仪表和设备之间传输相互干扰，造成系统不稳定甚至误操作，出现这种情况除了每个仪器、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响，还有一个十分重要的原因就是各种仪器设备根据要求和目的都需要接地,例如为了安全，机壳需要接大地；为了使电路正常工作，系统需要有公共参考点；为了抑制干扰加屏蔽罩，屏蔽罩也需要接地，但是由于仪表和设备之间的参考点之间存在电势差（也就是各设备的共地点不同）因而形成“地环流”、“接地环流”问题是在系统处理信号过程中必须解决的问题。 （2）自然干扰 雷电是一种主要的自然干扰源，雷电产生的干扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电干扰的时域波形是叠加在一串随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲。宇宙噪音是电离辐射产生的，在一天中不断变化。太阳噪音则随着太阳活动情况的剧烈变化。自然界噪声主要会对通讯产生干扰，而雷电能量尖蜂脉冲可以对很多设备造成损坏，应该加以避免或降低损坏程度，减少损失。 （3）人为干扰 电磁干扰产生的根本原因是导体中有电压或电流的变化，即较大dv/dt或di/dt.dv/dt或di/dt能够使导体产生电磁波辐射。一方面，人们可以利用这一特点实现特定功能，例如，无限通信、雷达或其他功能，另一方面，电子设备在工作时，由于导体中的dv/dt或di/dt会产生伴随电磁辐射。无论主观上出于什么目的，客观上对电磁环境造成了污染。还有工厂企业在生产过程中会经常有一些大型的设备（电机、变频器）频繁开关，他们也会造成一些容性、感性的干扰，也将影响仪器仪表正常显示或采集。凡是有电压电流突变的场合，肯定会有电磁干扰存在。数字脉冲电路就是一种典型的干扰源，随着电子技术的广泛应用,电磁污染情况会越来越严重. 2.解决各种干扰的方法 首先干扰的三要素是干扰源、敏感源和耦合路径，这三要素缺少一个，电磁兼容问题都不会存在。因此要从这三要素入手。找出最方便的解决方法，一般干扰源和敏感源是没办法解决的，通常是从耦合路径想办法，也是最常用的方法。如加屏蔽、加滤波等手段。而处理环流最常见也最为麻烦，现在以此为探讨话题。 （1）第一种方法；所有现场设备不接地，使所有过程环路只有一个接地点，不能形成回路，这种方法看似简单，但实际应用中往往很难实现，因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或人身安全，某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。

一种具有电气隔离的数据采集与处理系统

Smart Grid 智能电网, 2016, 6(6), 405-411 Published Online December 2016 in Hans. https://www.sodocs.net/doc/3317293259.html,/journal/sg https://www.sodocs.net/doc/3317293259.html,/10.12677/sg.2016.66044 文章引用: 原晓楠, 何文林, 张乐, 李昊罡. 一种具有电气隔离的数据采集与处理系统[J]. 智能电网, 2016, 6(6): 405- A Data Sampling and Processing System with the Ability of Electrical Insulation Xiaonan Yuan, Wenlin He, Le Zhang, Haogang Li College of Electrical Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an Shaanxi Received: Nov. 24th , 2016; accepted: Dec. 10th , 2016; published: Dec. 13th , 2016 Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.sodocs.net/doc/3317293259.html,/licenses/by/4.0/ Abstract The data-sampling system of the equipments on the side of high-voltage has high requirements on high-voltage insulation performance and anti-electromagnetic interference ability. This paper de-signed a data-sampling and processing system with good performance of electrical insulation. Af-ter the I/F conversion of the collected signal on the side of high-voltage, the transformed signal will be transmitted to the side of low-voltage by the optical fiber communication system and then it will finish the data-sampling of the signal on the side of high-voltage after the F/D conversion of the received signal. Finally, the signal will be transmitted to DSP to make a subsequent processing. The test results show that the data-sampling system of the equipments on the side of high-voltage has a good linearity. It can attain the accuracy of 0.2%. Also it has superior anti-electromagnetic interference ability and high-voltage insulation ability. Keywords Data-Sampling, High-Voltage Insulation, Anti-Electromagnetic Interference, Linearity, Accuracy 一种具有电气隔离的数据采集与处理系统 原晓楠，何文林，张 乐，李昊罡 西安交通大学，陕西 西安 收稿日期：2016年11月24日；录用日期：2016年12月10日；发布日期：2016年12月13日 Open Access

隔离器选型要点

隔离器选型要点 一．共模干扰抑制能力，隔离器优势先决条件。 隔离器在独有行业范围内，无论是温度隔离变送器、信号分配器、隔离配电器及电流、电压变送器等产品内，它们共有特点是端口之间要绝对电气隔离，也就是一次仪表、电源及采集设备之间没有任何电气连接，且要有一定隔离耐压范围，这是解决所谓设备之间“地”电位差的能力，（共模干扰抑制能力）一款最普通型隔离器也要具备1500V—2000V端口耐压时漏电流小于1mA，方能满足国内众多工业场合。一些强电场环境或航空、航天测控领域要求会更高。Paragon(帕罗肯公司)的PA、PR系列产品此方面有着独有优势，产品屏弃传统隔离方式，采用EMI方式，某些产品耐压已超过3000Vdc，已成功为国外某些厂家配套使用。二．产品耗用电流及产品工作时损耗功率。 当今社会节能环保已是社会各行业倡导的主流，家用电器在此方面尤为突出，也是衡量产品优劣的一个重要指标。但仪器仪表行业可能表现不是很突出，一般仪器仪表也就是几瓦至几十瓦，节能不是倡导主流。但无用的损耗，将会对仪器仪表的使用寿命，工作稳定性带来诸多弊端。隔离器因特殊作用，它是为了完善工业现场I/O插件的一类产品，在水泥、环保、冶金等恶劣工业环境下，为了更好对现场仪表信号采集，控制经常在系统集成时就配有专门的隔离柜。此时将在一个隔离柜中，密集安装几十，上百的隔离类产品，当一只产品独立使用时，可能温差感觉不明显，但十只、一百只同时安装时，温度将明显不同。有实验证明： ●1只功耗40mA隔离器在温度为25℃,空间1㎡的柜中测得温度是28.7℃; ●10只密集安装时温度是35.4℃; ●100只密集安装时温度是52.6℃; 可见产品温度和数量是成倍数关系的. 此时的问题就不仅是多耗用电流问题,而是直接影响产品使用寿命和参数的稳定,也就是 许多厂家对产品安装有要求的原因之一.那么问题如何解决?方法很多(扩大安装空间，增加散热装置等)但只能治标,不能治本.好的产品还要从产品自身低损耗设计开始.因为任何电子类产品，内部器件的寿命都和温度有很大关系，（如电容器在每增15℃-20℃时，使用寿命会减少1/3左右）。 我们要做的是，将产品多余损耗降到最低，单路产品的耗用电流在25mA内，而且因特殊隔离方式，我们产品能在-25℃-85℃时，保证极高稳定性。（实验测得-25℃-85℃时产品满值仅变化≤1‰满值） 三．产品传输精度 一款隔离器产品要确保现场信号传输的精度，其中对隔离类产品提出一系列要求，首先对差模干扰抑制能力。所谓差模干扰是信号在传输过程中受外界干扰源影响而叠加在信号上一些无用信号。这些干扰信号严重时可对设备产生误动作和采集、控制不准确。因工业环境的特殊地域，很难有效屏蔽和去除干扰源，因此对隔离类产品又提出此类问题。对于热电偶及微小信号处理不光要增加一些降噪和滤除噪音手段外，还应选取用高精度、高稳定性的差分电路。 另外要保证整个信号传输精度对隔离类产品的自身转换，传输精度也有很高要求，包括产品本身稳定性，受外界干扰的影响，环境温度变化的影响，及信号的分辨率等诸多因素。 总之，在采用此类产品时，应从多方面综合考虑，不要让劣质隔离类产品成为你庞大系统中最薄弱的一个环节。

信号隔离器的作用

信号隔离器的作用 （1）地环流干扰 在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构，他们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、毫安级的小信号；又有几十伏，数千伏、数百安培的大信号；既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等，构成系统后往往发现在仪表和设备之间传输相互干扰，造成系统不稳定甚至误操作，出现这种情况除了每个仪器、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响，还有一个十分重要的原因就是各种仪器设备根据要求和目的都需要接地,例如为了安全，机壳需要接大地；为了使电路正常工作，系统需要有公共参考点；为了抑制干扰加屏蔽罩，屏蔽罩也需要接地，但是由于仪表和设备之间的参考点之间存在电势差（也就是各设备的共地点不同）因而形成“地环流”、“接地环流”问题是在系统处理信号过程中必须解决的问题。 （2）自然干扰 雷电是一种主要的自然干扰源，雷电产生的干扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电干扰的时域波形是叠加在一串随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲。宇宙噪音是电离辐射产生的，在一天中不断变化。太阳噪音则随着太阳活动情况的剧烈变化。自然界噪声主要会对通讯产生干扰，而雷电能量尖蜂脉冲可以对很多设备造成损坏，应该加以避免或降低损坏程度，减少损失。 （2）人为干扰 电磁干扰产生的根本原因是导体中有电压或电流的变化，即较大dv/dt 或di/dt.dv/dt 或di/dt 能够使导体产生电磁波辐射。一方面，人们可以利用这一特点实现特定功能，例如，无限通信、雷达或其他功能，另一方面，电子设备在工作时，由于导体中的dv/dt 或di/dt 会产生伴随电磁辐射。无论主观上出于什么目的，客观上对电磁环境造成了污染。还有工厂企业在生产过程中会经常有一些大型的设备（电机、变频器）频繁开关，他们也会造成一些容性、感性的干扰，也将影响仪器仪表正常显示或采集。凡是有电压电流突变的场合，肯定会有电磁干扰存在。数字脉冲电路就是一种典型的干扰源，随着电子技术的广泛应用,电磁污染情况会越来越严重. 2.解决各种干扰的方法 首先干扰的三要素是干扰源、敏感源和耦合路径，这三要素缺少一个，电磁兼容问题都不会存在。因此要从这三要素入手。找出最方便的解决方法，一般干扰源和敏感源是没办法解决的，通常是从耦合路径想办法，也是最常用的方法。如加屏蔽、加滤波等手段。而处理环流最常见也最为麻烦，现在以此为探讨话题。 （1）第一种方法；所有现场设备不接地，使所有过程环路只有一个接地点，不能形成回路，这种方法看似简单，但实际应用中往往很难实现，因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或人身安全，某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。 （2）第二种方法：使两接地点的电势相同，但由于接地的电阻受地质条件及气候变化众多因素的影响，这种方法在其实在实际中也无法完全能做到。 （3）第三种方法：在各个过程环节中使用信号隔离器，断开过程环路，同时又不影响过程信号的正常传输，从而彻底解决地环路的问题。 3.采用信号隔离器的优越性 在各个过程环路中使用信号隔离器办法可以用DCS 或PLC 等隔离卡件或者现场带的隔离的变送器（部分设备可以做到），也可以用信号隔离器来实现。比较起来，用信号隔离器有以下优点： ·绝大部分情况，采用信号隔离器+非隔离卡件比采用隔离卡件便宜 ·信号隔离器比隔离卡件在隔离能力、抗电磁干扰等方面性能更加优越 ·信号隔离器应用灵活，而且它还有信号转换和信号分配及接口转换等功能，使用起来更加方便 ·信号隔离器通常有单通道、双通道、通道间相互完全独立、构成系统的配置、日常维护更加方便。 1.隔离作用： w w w . c a 18 .n e t

大功率电子电气设备的电路隔离技术

大功率电子电气设备的电路隔离技术 1 引言 电路隔离的主要目的是通过隔离元器件把噪声干扰的路径切断，从而达到抑制噪声干扰的效果。在采用了电路隔离的措施以后，绝大多数电路都能够取得良好的抑制噪声的效果，使设备符合电磁兼容性的要求。电路隔离主要有：模拟电路的隔离、数字电路的隔离、数字电路与模拟电路之间的隔离。所使用的隔离方法有：变压器隔离法、脉冲变压器隔离法、继电器隔离法、光电耦合器隔离法、直流电压隔离法、线性隔离放大器隔离法、光纤隔离法、A/D转换器隔离法等。 数字电路的隔离主要有：脉冲变压器隔离、继电器隔离、光电耦合器隔离、光纤隔离等。其中数字量输入隔离方式主要采用脉冲变压器隔离、光电耦合器隔离；而数字量输出隔离方式主要采用光电耦合器隔离、继电器隔离、高频变压器隔离（个别情况下采用）。 模拟电路的隔离比较复杂，主要取决于对传输通道的精度要求，对精度要求越高，其通道的成本也就越高；然而，当性能的要求上升为主要矛盾时，应当以性能为主选择隔离元器件，把成本放在第二位；反之，应当从价格的角度出发选择隔离元器件。模拟电路的隔离主要采用变压器隔离、互感器隔离、直流电压隔离器隔离、线性隔离放大器隔离。 模拟电路与数字电路之间的隔离主要采用模/数转换装置；对于要求较高的电路，除采用模/数转换装置外，还应在模/数转换装置的两端分别加入模拟隔离元器件和数字隔离元器件。 2 模拟电路的隔离 一套控制装置或者一台电子电气设备，通常包含供电系统，模拟信号测量系统，模拟信号控制系统。而供电系统又可分为交流供电系统和直流供电系统，交流供电系统主要采用变压器隔离，直流供电系统主要采用直流电压隔离器隔离。模拟信号测量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；对于高电压、大电流信号，一般采用互感器（电压互感器、电流互感器）隔离法，近年来，又出现了霍尔变送器，这些元器件都是高电压、大电流信号测量常规使用的元器件；对于微电压、微电流信号，一般采用线性隔离放大器。模拟信号控制系统与模拟信号测量系统的隔离类似，一般采用变压器、直流电压隔离器。 2.1 供电系统的隔离 2.1.1 交流供电系统的隔离 由于交流电网中存在着大量的谐波，雷击浪涌，高频干扰等噪声，所以对由交流电源供电的控制装置和电子电气设备，都应采取抑制来自交流电源干扰的措施。采用电源隔离变压器，可以有效地抑制窜入交流电源中的噪声干扰。但是，普通变压器却不能完全起到抗干扰的作用，这是因为，虽然一次绕组和二次绕组之间是绝缘的，能够阻止一次侧的噪声电压、电流直接传输到二次侧，有隔离作用。然而，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，交流电网中的噪声会通过分布电容耦合到二次侧。为了抑制噪声，必须在绕组间加屏蔽层，这样就能有效地抑制噪声，消除干扰，提高设备的电磁兼容性。图1（a）、（b）所示为不加屏蔽层和加屏蔽层的隔离变压器分布电容的情况。 图1 变压器隔离 在图1（a）中，隔离变压器不加屏蔽层，C12是一次绕组和二次绕组之间的分布电容，