嵌入式系统的电气隔离 (2)

使用隔离变压器的设计示意电路如所示。此种方式适用于系统使用交流供电的场合,需要进行隔离的电路通过不同的变压器与交流电源连接,每个电路有自己独立的整流、变压等电路。这种方式的缺点是普通变压器体积较大,同时会增加电路的设计成本,而且只适用于系统采用交流供电的场合。

clip_image002

图 7‑2 使用变压器进行的直流供电系统的隔离

DC/DC 隔离变换器具有体积小,使用灵活等优点,在嵌入式系统中有着非常广泛的应用,目前很多公司都推出了不同功率和隔离级别的DC/DC 隔离变换器,可以适合各种场合的应用。如所示,为MORNSUN PWE_D-6W & PWF_D-6W系列DC/DC隔离电源模块,该系列模块产品特点如下:

l 效率高达84%

l 工作温度:-40℃~+85℃

l 隔离电压3000VDC

l 输出短路保护(自恢复)

l 内部贴片化设计

l 国际标准引脚方式

l MTBF>1,000,000小时

l 符合RoHS指令

l 高低温特性好,满足工业级产品技术要求

clip_image004

图 7‑3 DC/DC电源模块

1.1.3 数字信号的隔离

数字隔离技术常用于工业网络环境的现场总线、军用电子系统和航空航天电子设备中,尤其是一些应用环境比较恶劣的场合。数字隔离电路主要用于数字信号和开关量信号的传输。数字隔离器件的生产商很多,如安华高的HCPL 系列、TI 的ISO72XX 系列、ADI 的ADuM12/14XX 系列、NVE 的ILXX 系列、芯科实验室的SI84XX 等公司,各厂商的产品都得到了广泛的应用。依照数字式隔离电路的生产工艺、电气结构和传输原理,数字隔离电路主要分为光电隔离、电磁隔离以及电容隔离技术的数字隔离器件。

在进行数字信号的隔离时应该从以下几个方面综合考虑:

(1)通信速度:不同的隔离方式有不同的通信速度限制,由于不同的数字接口可能有较大的速度差异,而较快通信速度的通信接口隔离成本也较高,因此应该根据实际的应用需求选择合适的隔离方式。

(2)功耗限制:不同的隔离方式功耗差别较大,比如光电隔离,由于是使用LED发光的方式传递信号,因此相应的功率较大,在数字信号路数较多时应当考虑相应的功耗问题。

(3)电路设计复杂程度:有的隔离期间需要通过一些外部电路的配合才能够实现隔离信号的传递,如果单路信号的隔离电路较为复杂,那么在数字信号路数过多时就会增加电路设计的复杂程度。

下面就结合上面所介绍的几个方面分别介绍一下几种常见隔离方式的工作原理以及应用电路。

1. 光电隔离

光电隔离器(optoelectronic isolator,英文缩写为OC)亦称光电耦合器、光耦合器,简称光耦。光耦合技术是在透明绝缘隔离层(例如空气间隙)上的光传输,完成了电一光电的转换,从而起到输入、输出隔离的作用。是应用最为广泛的隔离方式。

光耦合器一般由三部分组成:光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED),使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离,电信号传输具有单向性等特点,因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件,因而具有很强的共模抑制能力。所以,它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件,可以大大增加计算机工作的可靠性。

光耦合器的主要优点是:信号单向传输,输入端与输出端完全实现了电气隔离,输出信号对输入端无影响,抗干扰能力强,工作稳定,无触点,使用寿命长,传输效率高。光耦合器是70年代发展起来产新型器件,现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离 、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中,利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路,通过调节控制端电流来改变占空比,达到精密稳压目的。

内容版权声明:除非注明,否则皆为本站原创文章。

转载注明出处:https://www.heiqu.com/zzzzgj.html