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1引言

電路隔離的主要目的是通過隔離元器件把噪聲干擾的路徑切斷，從而達到抑制噪聲干擾的效果。在采用了電路隔離的措施以后，絕大多數電路都能夠取得良好的抑制噪聲的效果，使設備符合電磁兼容性的要求。電路隔離主要有：模擬電路的隔離、數字電路的隔離、數字電路與模擬電路之間的隔離。所使用的隔離方法有：變壓器隔離法、脈沖變壓器隔離法、繼電器隔離法、光電耦合器隔離法、直流電壓隔離法、線性隔離放大器隔離法、光纖隔離法、A/D轉換器隔離法等。

數字電路的隔離主要有：脈沖變壓器隔離、繼電器隔離、光電耦合器隔離、光纖隔離等。其中數字量輸入隔離方式主要采用脈沖變壓器隔離、光電耦合器隔離；而數字量輸出隔離方式主要采用光電耦合器隔離、繼電器隔離、高頻變壓器隔離（個別情況下采用）。

模擬電路的隔離比較復雜，主要取決于對傳輸通道的精度要求，對精度要求越高，其通道的成本也就越高；然而，當性能的要求上升為主要矛盾時，應當以性能為主選擇隔離元器件，把成本放在第二位；反之，應當從價格的角度出發選擇隔離元器件。模擬電路的隔離主要采用變壓器隔離、互感器隔離、直流電壓隔離器隔離、線性隔離放大器隔離。

模擬電路與數字電路之間的隔離主要采用模/數轉換裝置；對于要求較高的電路，除采用模/數轉換裝置外，還應在模/數轉換裝置的兩端分別加入模擬隔離元器件和數字隔離元器件。

2模擬電路的隔離

一套控制裝置或者一臺電子電氣設備，通常包含供電系統，模擬信號測量系統，模擬信號控制系統。而供電系統又可分為交流供電系統和直流供電系統，交流供電系統主要采用變壓器隔離，直流供電系統主要采用直流電壓隔離器隔離。模擬信號測量系統相對來說比較復雜，既要考慮其精度，頻帶寬度的因素，又要考慮其價格因素；對于高電壓、大電流信號，一般采用互感器（電壓互感器、電流互感器）隔離法，近年來，又出現了霍爾變送器，這些元器件都是高電壓、大電流信號測量常規使用的元器件；對于微電壓、微電流信號，一般采用線性隔離放大器。模擬信號控制系統與模擬信號測量系統的隔離類似，一般采用變壓器、直流電壓隔離器。

2.1供電系統的隔離

2.1.1交流供電系統的隔離

由于交流電網中存在著大量的諧波，雷擊浪涌，高頻干擾等噪聲，所以對由交流電源供電的控制裝置和電子電氣設備，都應采取抑制來自交流電源干擾的措施。采用電源隔離變壓器，可以有效地抑制竄入交流電源中的噪聲干擾。但是，普通變壓器卻不能完全起到抗干擾的作用，這是因為，雖然一次繞組和二次繞組之間是絕緣的，能夠阻止一次側的噪聲電壓、電流直接傳輸到二次側，有隔離作用。然而，由于分布電容（繞組與鐵心之間，繞組之間，層匝之間和引線之間）的存在，交流電網中的噪聲會通過分布電容耦合到二次側。為了抑制噪聲，必須在繞組間加屏蔽層，這樣就能有效地抑制噪聲，消除干擾，提高設備的電磁兼容性。

隔離變壓器不加屏蔽層，C12是一次繞組和二次繞組之間的分布電容，在共模電壓u1C的作用下，二次繞組所耦合的共模噪聲電壓為u2C，C2E是二次側的對地電容，則從圖可知二次側的共模噪聲電壓u2C為：

u2C=u1CC12/（C12＋C2E）

隔離變壓器加屏蔽層，其中C10、C20分別代表一次繞組和二次繞組對屏蔽層的分布電容，ZE是屏蔽層的對地阻抗，C2E是二次繞側的對地電容，則從圖可知二次側的共模噪聲電壓u2C為：

u2C=〔u1CZE/（ZE＋1/jωC10）〕〔C2E/（C20＋C2E)〕

由于C2是屏蔽層的對地阻抗，在低頻范圍內，ZE《(1/jωC10)，所以u2C→0。由此可見，采取屏蔽措施后，通過隔離變壓器的共模噪聲電壓被大大地削弱了。

隨著技術的進步，國外已研制成功了專門抑制噪聲的隔離變壓器（NoiseCutoutTransformer，簡稱NCT），這是一種繞組和變壓器整體都有屏蔽層的多層屏蔽變壓器。這類變壓器的結構，鐵心材料，形狀及其線圈位置都比較特殊，它可以切斷高頻噪聲漏磁通和繞組的交鏈，從而使差模噪聲不易感應到二次側，故這種變壓器既能切斷共模噪聲電壓，又能切斷差模噪聲電壓，是比較理想的隔離變壓器。

2.1.2直流供電系統的隔離

當控制裝置和電子電氣設備的內部子系統之間需要相互隔離時，它們各自的直流供電電源間也應該相互隔離，其隔離方式如下：第一種是在交流側使用隔離變壓器；第二種是使用直流電壓隔離器（即DC/DC變換器）。

2.2模擬信號測量系統的隔離

對于具有直流分量和共模噪聲干擾比較嚴重的場合，在模擬信號的測量中必須采取措施，使輸入與輸出完全隔離，彼此絕緣，消除噪聲的耦合。隔離對系統有如下好處：

——防止模擬系統干擾，尤其是電力系統的接地干擾進入邏輯系統，導致邏輯系統的工作紊亂；

——在精密測量系統中，防止數字系統的脈沖波動干擾進入模擬系統，尤其是前置放大部分，因為前置放大部分的信號非常微弱，較小的騷擾波動信號就會把有用信號淹沒。

2.2.1高電壓、大電流信號的隔離

高電壓、大電流信號采用互感器隔離，其抑制噪聲的原理與隔離變壓器類似，這里不再贅述。

2.2.2微電壓、微電流信號的隔離

微電壓、微電流模擬信號的隔離系統相對來說比較復雜，既要考慮其精度，頻帶寬度的因素，又要考慮其價格因素。一般情況下，對于較小量的共模噪聲，采用差動放大器或儀表放大器就能夠取得良好的效果，但對于具有較大量的共模噪聲，且測量精度要求比較高的場合，應該選擇高精度線性隔離放大器，如BB公司的ISO106，其主要參數如下：

——交流耐壓35kV/1min60Hz；
——直流耐壓495kV；
——沖擊耐壓8kVPK/10s；
——非線性誤差0.007％；
——隔離噪聲抑制比交流130dB，直流160dB。

ISO106的優秀參數，使其大量地應用于精密測量系統中。

2.3模擬信號控制系統的隔離

如前所述，模擬信號控制系統的隔離與模擬信號測量系統的隔離類似，即交流信號一般采用變壓器隔離，直流信號一般采用直流電壓隔離器或線性隔離器隔離。

3數字電路的隔離

與模擬系統類似，一套控制裝置，或者一臺電子電氣設備，通常所包含的數字系統有：數字信號輸入系統，數字信號輸出系統。數字量輸入系統主要采用脈沖變壓器隔離，光電耦合器隔離；而數字量輸出系統主要采用光電耦合器隔離，繼電器隔離，個別情況也可采用高頻變壓器隔離。