电子电气设备的PCB电路隔离技术概述
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pcb数模隔离摘要:1.PCB数模隔离概述2.数模隔离的重要性3.实现数模隔离的方法4.PCB设计中的数模隔离实践5.总结与建议正文:【1.PCB数模隔离概述】在计算机硬件系统中,数字信号和模拟信号的传输和处理是一项关键任务。
为了确保这两种信号之间的相互干扰最小,一种名为“数模隔离”的技术应运而生。
数模隔离是指在印刷电路板(PCB)设计中,采用特殊的设计方法和器件,将数字信号电路与模拟信号电路进行隔离,以降低信号干扰和提高系统稳定性。
【2.数模隔离的重要性】数模隔离的重要性体现在以下几个方面:1.降低电磁干扰:数模隔离能有效减少数字信号对模拟信号的电磁干扰,保证模拟信号的纯净度。
2.提高系统可靠性:通过隔离数字信号和模拟信号,可以降低电路间的相互影响,从而提高整个系统的稳定性和可靠性。
3.简化电路设计:数模隔离技术可以使得电路设计更加简洁,降低设计复杂度。
4.提高信号传输效率:数模隔离能减少信号传输过程中的损耗,提高传输效率。
【3.实现数模隔离的方法】在PCB设计中,实现数模隔离的方法主要包括以下几种:1.采用屏蔽技术:通过对敏感信号线进行屏蔽,降低外部电磁干扰对信号的影响。
2.隔离器件:使用专用的隔离器件,如光耦、磁耦等,实现数字信号与模拟信号的隔离。
3.差分传输:通过对信号进行差分传输,降低共模干扰,提高信号传输质量。
4.接地隔离:通过对数字地和模拟地进行隔离,减小地环路干扰。
【4.PCB设计中的数模隔离实践】在实际PCB设计中,要遵循以下原则来实现数模隔离:1.合理布局:将数字信号电路与模拟信号电路分区布局,尽量减少相互干扰。
2.专用通道:为数模信号分配专用的传输通道,确保信号传输的稳定性。
3.电源隔离:对数字电源和模拟电源进行隔离,降低电源噪声对信号的干扰。
4.接地处理:合理处理接地问题,降低地环路干扰和共模干扰。
5.选用合适的隔离器件:根据实际需求,选择合适的隔离器件,如光耦、磁耦等。
电子电气电路的隔离技术1. 引言1.1 什么是电子电气电路的隔离技术电子电气电路的隔离技术是指在电路中实现信号或功率的传输,同时有效隔离不同电路之间的干扰和相互影响的技术。
在电子设备和系统中,由于不同电路之间的电气连接会导致信号的串扰、干扰甚至安全隐患,因此隔离技术显得尤为重要。
隔离技术通过在电路中引入隔离元件,如隔离变压器、光耦等,实现了不同电路之间的电气隔离,从而避免了信号的直接传输,降低了互相干扰的风险,保证了系统稳定性和安全性。
隔离技术不仅在传统电力系统中得到广泛应用,也在现代电子设备中发挥着重要作用。
隔离技术的发展不仅仅满足了电路隔离的基本需求,还在提高隔离效果、降低成本、提高性能方面有着不断的创新和进步。
在电子电气领域中,隔离技术已经成为不可或缺的一部分,其重要性不可低估。
1.2 隔离技术的重要性隔离技术在电子电气电路中扮演着至关重要的角色。
隔离技术主要通过隔离电路中的信号或电压,防止不同电路之间的相互影响和干扰,确保系统的稳定性和可靠性。
隔离技术的重要性主要体现在以下几个方面:1. 安全性保障:隔离技术可以有效地隔离高压和低压系统,防止电路发生短路或接地故障,保护用户和设备的安全。
2. 信号传输稳定性:隔离技术可以减少信号传输过程中的串扰和噪音干扰,确保信号的准确传输,提高系统的稳定性和可靠性。
3. 波形保持完整性:隔离技术可以防止信号波形在传输过程中失真,保持信号的原始形态,确保系统的准确性和性能。
4. 设备保护:隔离技术可以防止电路中的过电压和过电流对设备造成损坏,延长设备的使用寿命,降低维修成本。
隔离技术在电子电气电路中扮演着关键的角色,不仅可以保障系统的安全性和稳定性,还能提高系统的性能和可靠性,因此在电路设计和应用中必不可少。
随着电子科技的不断发展和应用领域的拓展,隔离技术的重要性也日益突出,将在未来得到更广泛的应用和发展。
2. 正文2.1 电子电气电路隔离技术的分类电子电气电路的隔离技术是指在电路设计和应用中采用一定的方法,使不同电路之间或电路与外部环境之间实现电气隔离和信号隔离。
pcb数模隔离(原创版)目录1.PCB 概述2.数模隔离的必要性3.数模隔离的方法4.PCB 数模隔离的挑战与解决方案5.PCB 数模隔离的应用领域正文一、PCB 概述PCB,即印刷电路板,是一种用于承载电子元器件并实现它们之间电气连接的基板。
随着电子产品的日益普及,PCB 在各类设备中的应用越来越广泛。
它不仅在智能手机、电脑等通讯设备中占据重要地位,还在医疗器械、工业控制等领域发挥着关键作用。
二、数模隔离的必要性在实际应用中,电子设备往往需要在模拟信号和数字信号之间进行转换。
由于模拟信号和数字信号在传输特性、抗干扰能力等方面存在较大差异,因此需要进行数模隔离,以保证设备稳定运行和信号传输质量。
数模隔离能够有效降低电磁干扰、射频干扰等对信号质量的影响,提高设备性能。
三、数模隔离的方法数模隔离的方法主要有以下几种:1.磁性元件隔离:采用磁性元件如磁珠、磁环等进行信号传输,利用磁性材料的磁导率特性实现信号的隔离。
2.光电耦合器隔离:通过光电转换原理,将输入的电信号转换为光信号进行传输,再通过光电转换将光信号转换为电信号输出。
3.变压器隔离:利用变压器的电磁感应原理进行信号传输,实现数模隔离。
4.电容耦合隔离:通过电容充放电原理进行信号传输,利用电容的隔直通交特性实现数模隔离。
四、PCB 数模隔离的挑战与解决方案在 PCB 设计过程中,数模隔离面临着诸多挑战,如信号干扰、元器件布局、信号传输速率等。
为解决这些问题,可以从以下几个方面入手:1.选用合适的数模隔离器件:根据实际应用需求,选择性能优良、抗干扰能力强的数模隔离器件。
2.合理布局元器件:在 PCB 设计过程中,合理布局数模隔离器件及其周围元器件,减小信号干扰。
3.优化信号传输路径:采用屏蔽、走线宽度调整等方法,优化信号传输路径,提高信号传输质量。
五、PCB 数模隔离的应用领域PCB 数模隔离技术在众多领域得到广泛应用,如通信设备、医疗器械、工业控制、汽车电子等。
电子电气电路的隔离技术电子电气电路的隔离技术随着电子技术的快速发展和广泛应用,电子电气电路的隔离技术变得十分重要。
隔离技术是指通过各种手段,将电路之间的电信号和能量互相隔离,以达到安全、可靠和性能优化的目的。
本文将介绍几种常见的隔离技术以及其原理和应用。
1. 光隔离器光隔离器是一种将电信号通过光信号传输的设备。
它由发光二极管(LED)、光电二极管(PD)和光纤组成。
当电信号输入到发光二极管时,它将电信号转化为光信号并发送到光纤中,然后光信号经过光纤传输到光电二极管,在光电二极管处将光信号转化为电信号输出。
光隔离器可以实现电路间的电气隔离,防止电气干扰和信号串扰。
它广泛应用于控制系统、通信系统和医疗设备等领域。
2. 电缆隔离电缆隔离是指通过使用绝缘材料和地线将电路间的电信号隔离开来。
电缆隔离可以防止电流回路之间的电接触,避免电流回路之间的相互干扰和电击风险。
常见的电缆隔离方法包括使用绝缘套管、绝缘填充物和绝缘带等。
电缆隔离广泛用于电力系统、工控系统和家电产品等领域。
3. 变压器隔离变压器隔离是一种常见的电气隔离技术。
它通过变压器将输入和输出电路之间隔离开来。
输入电路和输出电路通过共同的电磁场相互耦合,但是它们之间没有直接的电气连通。
变压器隔离可以实现电路间的电气隔离,防止电源波动和电气干扰。
它广泛应用于电力系统、电子设备和网络通信等领域。
4. 信号隔离信号隔离是指通过使用隔离装置将电路间的信号隔离开来。
信号隔离可以防止信号串扰和电气干扰,提高系统的抗干扰能力和稳定性。
常见的信号隔离技术包括使用差分信号、光隔离器和电磁屏蔽等。
信号隔离广泛应用于工业自动化、仪器仪表和通信设备等领域。
电子电气电路的隔离技术包括光隔离器、电缆隔离、变压器隔离和信号隔离等。
这些隔离技术通过不同的原理和方法来实现电路间的电气隔离,提高系统的安全性、可靠性和抗干扰能力。
这些隔离技术在各个领域中都扮演着重要的角色,为电子技术的发展和应用提供了有力的支持。
pcb数模隔离摘要:一、引言二、PCB 数模隔离技术概述1.数模隔离技术的背景和需求2.数模隔离技术的基本原理三、PCB 数模隔离技术的应用领域1.医疗设备2.工业控制3.通信设备4.汽车电子四、PCB 数模隔离技术的优势和挑战1.优势2.挑战五、PCB 数模隔离技术的发展趋势六、结论正文:一、引言随着电子技术的不断发展,越来越多的设备需要处理模拟信号和数字信号。
为了防止数字信号对模拟信号的干扰,以及模拟信号对数字信号的干扰,数模隔离技术应运而生。
PCB(印刷电路板)数模隔离技术作为一种重要的实现手段,正逐渐被广泛应用。
二、PCB 数模隔离技术概述1.数模隔离技术的背景和需求在许多电子设备中,数字信号和模拟信号需要分开处理,以保证设备的性能和稳定性。
例如,在医疗设备中,模拟信号可能涉及到生命体征的检测,而数字信号则负责数据处理和传输。
为了防止这两种信号之间的相互干扰,需要采用数模隔离技术。
2.数模隔离技术的基本原理PCB 数模隔离技术主要通过电容、磁珠、变压器等元器件实现模拟信号和数字信号的隔离。
在数字信号和模拟信号之间建立隔离带,阻止数字信号的电磁辐射对模拟信号产生干扰,同时阻止模拟信号的噪声对数字信号产生干扰。
三、PCB 数模隔离技术的应用领域1.医疗设备在医疗设备中,数模隔离技术可以有效防止设备中数字信号对模拟信号的干扰,确保生命体征检测的准确性和设备的稳定性。
2.工业控制在工业控制领域,数模隔离技术可以有效防止现场模拟信号受到数字信号的干扰,保证控制系统的精度和稳定性。
3.通信设备在通信设备中,数模隔离技术可以防止数字信号对模拟信号的干扰,保证信号传输的质量和设备的稳定性。
4.汽车电子在汽车电子领域,数模隔离技术可以应用于各种传感器和控制器,有效防止数字信号对模拟信号的干扰,确保汽车电子系统的安全性和稳定性。
四、PCB 数模隔离技术的优势和挑战1.优势(1)采用PCB 数模隔离技术可以有效降低系统噪声,提高信号质量。
电子电气电路的隔离技术随着电子科技的日新月异,电子电气设备在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。
随之而来的问题也随之而来。
在电子设备和电气电路中,隔离技术是一个至关重要的领域。
电子电气电路的隔离技术涉及到安全、干扰抑制、系统保护等多个方面,本文将以电子电气电路的隔离技术为主题,从技术原理、应用领域以及发展趋势等方面进行详细介绍。
一、技术原理电子电气电路中的隔离技术是为了解决电气设备之间或者电气设备与外部环境之间的电气隔离问题。
在具体的技术原理上,隔离技术主要包括电气隔离和光电隔离两种方式。
1. 电气隔离技术电气隔离技术是通过使用绝缘材料或者具有高绝缘强度的空气、气体、油等物质来隔离电气设备之间的电气连接,以防止电气泄漏或者电气干扰。
电气隔离技术广泛应用于工业控制、通信设备、电力系统等领域。
光电隔离技术是利用光电转换原理,将电气信号转换为光信号,再通过光纤传输到另一端,再转换为电气信号的隔离技术。
光电隔离技术具有高速、高精度、不受电气干扰的特点,广泛应用于精密仪器、医疗设备、通信系统等领域。
二、应用领域电子电气电路的隔离技术在现代社会的各个领域都有着广泛的应用。
1. 工业控制在工业生产过程中,各种电气设备之间需要进行信号传输和控制,同时又需要保证安全和可靠性。
电子电气电路的隔离技术能够有效地实现这一目的,保证工业生产的安全稳定运行。
2. 通信系统在通信系统中,电子电气电路的隔离技术能够有效地解决电气干扰和信号泄漏的问题,保证通信设备之间的正常通信和数据传输。
3. 医疗设备4. 汽车电子随着汽车电子技术的不断发展,电子电气电路的隔离技术在汽车电子中也有着广泛的应用。
车载电池管理系统、车载娱乐系统等都需要隔离技术来保证系统的安全和稳定性。
三、发展趋势随着科技的不断发展,电子电气电路的隔离技术也在不断地发展和创新。
未来隔离技术的发展将主要体现在以下几个方面:1. 高速、高精度随着数据传输速率和精度要求的不断提高,隔离技术也需要不断地提高传输速率和传输精度,满足现代电子设备对高速、高精度信号传输的需求。
pcb强电与弱电的隔离方法一、前言PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)是电子产品中不可或缺的组成部分,而其中涉及到的强电和弱电之间需要进行隔离处理,以确保电路的稳定性和安全性。
本文将介绍几种常见的 PCB 强电与弱电隔离方法。
二、方法一:物理隔离物理隔离是最常见也是最简单的 PCB 强电与弱电隔离方法。
其原理是通过物理屏蔽来防止强电信号对弱电信号的干扰。
具体实现方式有以下几种:1. 间距隔离通过在 PCB 上设置足够大的间距来实现物理隔离。
通常情况下,间距应该根据实际情况确定,并严格遵循相关标准规定。
2. 地平面隔离在 PCB 上设置地平面区域,并将其与其他区域进行物理隔离。
这种方法可以有效地防止地线上出现干扰信号。
3. 屏蔽罩隔离在 PCB 上添加屏蔽罩,以避免强电信号对周围环境产生干扰。
屏蔽罩可以采用金属材料或者导电涂料制成。
三、方法二:电气隔离电气隔离是另一种常见的 PCB 强电与弱电隔离方法。
其原理是通过电气屏蔽来防止强电信号对弱电信号的干扰。
具体实现方式有以下几种:1. 光耦隔离光耦隔离是一种常见的 PCB 电气隔离方法,其原理是利用光学传感器将输入信号转换为光信号,再将光信号转换回输出信号。
这种方法可以有效地防止干扰和噪声。
2. 磁耦合隔离磁耦合隔离也是一种常见的 PCB 电气隔离方法,其原理是利用变压器将输入信号转换为磁场信号,再将磁场信号转换回输出信号。
这种方法可以有效地防止干扰和噪声。
3. 互感器隔离互感器隔离也是一种常见的 PCB 电气隔离方法,其原理是利用两个线圈之间的互感作用来传输信号。
这种方法可以有效地防止干扰和噪声。
四、方法三:屏蔽处理屏蔽处理是一种常见的 PCB 强电与弱电隔离方法,其原理是通过屏蔽材料将强电信号隔离开来,以防止其对弱电信号产生干扰。
具体实现方式有以下几种:1. 金属屏蔽金属屏蔽是一种常见的 PCB 屏蔽处理方法,其原理是利用金属材料将强电信号隔离开来。
电子电气电路的隔离技术研究隔离技术是电子电气电路中常用的一种技术,用于将不同电路之间的电气信号和功率进行隔离,以避免信号干扰和电流短路等问题。
隔离技术的研究对于提高电路的安全性、稳定性和可靠性具有重要意义。
本文将介绍电子电气电路隔离技术的基本原理和发展现状。
一、隔离技术的基本原理隔离是指将电路中的两个或多个部分物理地分离开来,并通过某种方式传递信号和功率。
常用的隔离技术包括电磁隔离、光隔离和磁隔离等。
这些隔离技术基本原理如下:1.电磁隔离:电磁隔离是利用磁性材料或电磁场的作用,在电路之间建立一个磁场屏障,阻隔电磁波的传播。
通过电感和磁性材料的组合可以实现信号的传输和功率的隔离。
主要应用于高频电路和电磁环境干扰较大的场合。
2.光隔离:光隔离是利用光学器件如光耦合器、光电隔离器等将电路之间的信号和功率进行光电转换。
通过光纤传输信号和功率可以实现高速、高精度的隔离效果。
主要应用于数据通信、工业自动化、医学设备等场合。
二、隔离技术的发展现状随着电子电气电路的广泛应用,对于隔离技术的需求不断增加。
目前,隔离技术已经在各个领域得到了广泛应用,如通信、电力、医疗、军事等。
以下是一些隔离技术的发展现状:1.高频隔离技术:随着无线通信和高速数据传输的发展,对于高频信号的隔离要求越来越高。
目前,高频隔离技术主要采用电磁隔离和光隔离的方式。
电磁隔离器件如电感、衰减器等的性能不断提高,光耦合器等光器件的传输速度和带宽也在不断增加。
2.高压隔离技术:在电力系统和工业设备中,经常需要对高压电源进行隔离,以保证设备的安全可靠运行。
目前,高压隔离技术主要采用磁隔离和电磁隔离的方式。
磁隔离器件如互感器、变压器等可以将高压和低压之间的信号和功率进行隔离,电磁隔离器件如继电器等可以实现高压电源和低压设备之间的电气隔离。
3.高温隔离技术:在工业高温环境中,电子电气电路需要对高温环境进行隔离,防止电路因高温而失效。
目前,高温隔离技术主要采用陶瓷材料和磁性材料的组合,如高温绝缘体、高温耐受磁体等。
电子电气电路的隔离技术隔离技术在电子电气领域中起着非常重要的作用,它能够有效地隔离不同电路之间的信号和电压,确保设备运行的安全性和稳定性。
隔离技术不仅是电子电路设计中的重要组成部分,也是电力系统和工业控制领域中不可或缺的关键技术之一。
在本文中,将着重介绍电子电气电路的隔离技术的原理、分类、应用和发展趋势。
一、隔离技术的原理隔离技术是指在不同电路之间使用一定的隔离手段,使它们之间不会发生相互影响和干扰。
在电子电路中,隔离技术主要包括信号隔离和电压隔离两种形式。
信号隔离是指通过隔离元件隔离输入输出信号,确保信号传输的稳定和可靠;电压隔离是指通过隔离元件隔离不同电路之间的电压,以保护设备和人员的安全。
隔离技术的实现原理主要包括电磁隔离、光电隔离和电容隔离等多种方式。
电磁隔离是通过电磁感应原理,利用变压器或传感器等元件将信号或电压隔离开来;光电隔离是利用光电器件(如光耦)将输入输出信号以光的形式传输,实现隔离;电容隔离是通过电容器将两个电路之间的信号隔离开来,常用于高频和数字信号的隔离。
根据隔离手段和功能特点的不同,隔离技术可以分为多种不同的分类。
主要包括信号隔离和电压隔离两大类。
1. 信号隔离2. 电压隔离隔离技术在电子电气领域中有着广泛的应用,特别是在电力系统、工业控制和通信领域中应用最为广泛。
以下将介绍隔离技术在这些领域中的主要应用。
1. 电力系统电力系统中的隔离技术主要用于保护设备和人员的安全,防止电压冲击和电气火灾。
在电力系统中,隔离技术常用于变压器、继电器、断路器和避雷器等设备中,用于隔离不同电压等级和频率的电路,并确保电力系统的稳定和可靠运行。
2. 工业控制3. 通信领域在通信领域中,隔离技术主要用于隔离通信信号和电源信号,以确保通信设备的稳定和可靠运行。
隔离技术常用于光纤通信、卫星通信、移动通信等设备中,用于隔离不同通信信号和电源信号,并确保通信的稳定和可靠。
四、隔离技术的发展趋势随着电子技术的不断发展和应用需求的不断提升,隔离技术也在不断发展和完善。
电子电路板隔离强弱电的方法电子电路板是现代电子设备的核心组成部分,其设计和制造对于保证设备的正常运行至关重要。
其中一个重要的设计考虑是电路板上强电和弱电之间的隔离。
本文将深入探讨电子电路板隔离强弱电的方法,旨在为读者提供有关该主题的全面理解和观点。
在电子电路板设计中,隔离强弱电是为了避免潜在的电气干扰或电击危险。
隔离的目的是防止强电信号干扰弱电信号,确保电路板上各个部分之间的互相不受干扰。
以下是几种常见的电子电路板隔离强弱电的方法。
1. 物理隔离物理隔离是通过物理手段将强电和弱电部分相互隔离。
常用的物理隔离方法包括使用更大的绝缘距离,安装绝缘层或隔离墙等。
这种方法确保在电路板上布置的强电和弱电部分之间形成可靠的隔离屏障,以防止信号干扰或电击危险。
2. 使用电磁屏蔽电磁屏蔽是一种常见的隔离方法,通过使用屏蔽材料或屏蔽罩,将强电信号隔离在电路板内部,以防止其对弱电信号产生干扰。
电磁屏蔽材料可以是导电材料或磁性材料,它们能有效地吸收或反射电磁波,降低信号的干扰程度。
3. 地线隔离地线隔离是通过在电路板上使用不同的地线进行隔离。
通常,可以将强电和弱电部分分别连接到不同的地线上,以确保它们之间电位的隔离。
这样可以减少强电信号通过共同的地线传播到弱电部分的可能性,从而避免干扰。
4. 信号隔离器信号隔离器是一种专门设计的电子元件,用于隔离强电和弱电信号。
信号隔离器通常包括光耦、变压器或电容器等,这些元件能够将输入信号和输出信号之间进行电气隔离。
通过使用信号隔离器,可以有效地隔离强电和弱电之间的信号,防止信号干扰。
总结回顾:电子电路板隔离强弱电是现代电子设备设计中的重要考虑因素之一。
在设计电子电路板时,通过物理隔离、电磁屏蔽、地线隔离以及信号隔离器等方法,可以有效地隔离强电和弱电之间的信号,减少干扰和电击危险。
这些方法在保证设备可靠性和性能的提供了更安全和稳定的电路板设计方案。
个人观点和理解:电子电路板隔离强弱电是一个关键的技术,它对于现代电子设备的稳定性和安全性非常重要。
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。
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=u1CC12/(C12+C2E)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,ZE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=〔u1CZE/(ZE+1/jωC10)〕〔C2E/(C20+C2E)〕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;第二种是使用直流电压隔离器(即DC/DC变换器)。
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。
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/1min60Hz;——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。
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PCB电路隔离开来,或者是把内部输出信号与外部PCB电路隔离开来。
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。
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。
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 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。
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PCB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PCB电路隔离开。
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,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,是数模转换(D/A)电路的隔离方法之一。
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。