电子电气电路的隔离技术

伍文政

摘要：有效的电路隔离通常能够将有关的噪声干扰路径在最短的时间内得以切断，并在之后有效地抑制噪声的产生。包括模拟电路隔离技术、数字电路隔离技术和其他隔离技术都是目前最常用的电路隔离技术。另外，包括变压器隔离法、脉冲隔离法、继电器隔离法、线性隔离法和其他隔离法也一直都是非常常用的电子电气电路隔离技术。本文主要针对不同的电子电器电路隔离技术进行了全面的分析。

关键词：电子电气；电路隔离；隔离技术

电力电子设备中的控制电路属于微电子电路（或称信息电子电路），其电压低、电流小，而电力电子器件通常与高电压、大电流直接接触，为了避免高电压、大电流损坏控制电路，驱动电路除了要放大控制电路送到的控制信号外，还要对控制电路进行电气隔离。电气隔离的方法主要有光隔离或磁隔离，光隔离主要采用光电耦合器，磁隔离一般采用变压器。工程人员应关注使用科学的电子电气电路隔离技术，稳定电路运行状态。

1模拟电路隔离技术

1.1交流供电系统隔离技术

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超到抗干扰的作用，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。随着技术进步，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。

1.2直流供电系统隔离技术

相关技术人士要能够合理的使用直流供电系统的隔离技术，将直流供电系统的运行质量充分提高，使之能够达到预期的作用效果。在控制装置或者电子电气设备两者的子系统时，要分别做好两者的隔离工作，在两者自身的电源当中，建成隔离系统。必须建立好交流侧隔离器件，相关技术人士要引起特别重视，科学、合理的进行相关设计工作，使隔离技术的作用效果得到提高。

2测量系统隔离技术

2.1高电压、大电流信号的隔离

对高压和一些大电流的信号进行隔离的时候，相关技术人士要能够使用互感器隔离技术来进行工作，原因是互感器隔离技术的工作原理与隔离噪音的原理极其相似，所以，需要相关技术人士能够使用互感器，也要求相关设计人员能够对互感器隔离电路进行全面的设计。

2.2微电压、微电流信号的隔离

微电鹱、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AA公司的ISOl06，其主要参数如下：

——交流耐压3．5kV／min，60Hz，

——直流耐压4．95kV；

——冲击耐压8kVPK／10s；

——非线性误差0．007％；

——隔离噪声抑制比交流l30dB，直流160dB。

ISOl06的优秀参数，使其大量地应用于精密测量系统中。

2.3模拟信号控制系统隔离技术

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数字电路隔离技术

3.1光电耦合器隔离技术

对光电耦合器进行隔离工作的时候，输入信号和电路之间要被隔离开来，此外，还要将输入信号进行预先处理。现今，我国在光电耦合器上的隔离工作做得都比较好，隔离技术比较优越，能将电压控制在3.5KV以上，甚至更高，这在一定程度上便能使一些大功率的耦合器件能够稳定运行，使系统的运行质量得到提高。

3.2脉冲变压器隔离技术

采用脉冲变压器隔离技术是运用分布较小的电容对来对电路中的噪声进行隔离，而且脉冲电容容量也比较小，一般仅为几个皮法拉，而且这种脉冲变压器的匝数较少，将铁氧磁芯导体两侧进行一次绕组与二次绕组，结合隔离电容而形成了脉冲信号隔离元件。采用这种技术可以将脉冲变压器技术的传递输入与输出脉冲信号进行处理，而不需要直接传递自流分量，提高了电路中的稳定性，在微电子技术中得到了广泛的应用。一般地，采用脉冲变压器隔离技术的信号传递频率控制在1kHz-lMkz之间，就可以达到对噪声与干扰信号的隔离，而目前的新型的高频脉冲变压器也得到了广泛的应用，传递频率可达到10MHz以上，具有良好的隔离效果。如图1所示的脉冲式隔离变压器结构，主要采用的是大功率的晶闸管（SCR）与大功率晶体管（CTR）等可控器件对电子电气中的干扰与噪声进行隔离控制，而且它的传递频率也达到了10MHZ以上，在电子电路中得到了广泛的应用。

图1脉冲变压器隔离技术

继电器是常用的数字输出隔离元件，具有良好的隔离特征，在数字电路传输的过程中，为了提高隔离效果，往往采用继电器技术与脉冲变压器结合在一起，将电路中的低压电流与高压电流隔离开，使得在高压侧的干扰、噪声不能传输到低压侧，这样对电子线路的干扰也能够起到良好的控制作用。因此，在数字电路中采用继电器技术作为隔离元件与其他的隔离技术结合在一起，简单实用，隔离效果也比较好，而且价格低廉，应用根据广泛。

4数字电路与模拟电路隔离技术

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结语

当前，随着人们对电子电气设备性能的要求越来越高，隔离技术在电子电气电路中得到了广泛的应用，从而也能够使得电子电气设备更加具有安全性，在一定程度上也能够有效地降低电气设备的能耗，提高电路中隔离效果，降低电气设备的噪声与干扰信号。在实际应用的过程中，需要对电气设备的内部噪声与外部干扰进行全面的分析与处理，并选择合适有效的方式选择隔离部位，设计出满足电磁兼容性要求的合格产品，提高电气设备的节能效果与利用效率。

参考文献：

[1]邓秋伦.关于电子电气电路的隔离技术分析[J].电脑知识与技术，2019，15（08）

[2]张璐.关于电子电气设备的电路隔离技术探讨[J].花炮科技与市场，2018（04）

[3]曹宏娟.电子电气设备的电路隔离技术及运用实践微探[J].科技经济导刊，2017（13）