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(shù)電路都能夠取得良好的抑制噪聲的效果,，使設(shè)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(shù)字電路的隔離,、數(shù)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(zhuǎn)換器隔離法等,。

數(shù)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(shù)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(shù)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(fā)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(shù)字電路之間的隔離主要采用模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置,；對于要求較高的電路,，除采用模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置外，還應在模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的兩端分別加入模擬隔離元器件和數(shù)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(shè)備,，通常包含供電系統(tǒng)，模擬信號測量系統(tǒng),，模擬信號控制系統(tǒng),。而供電系統(tǒng)又可分為交流供電系統(tǒng)和直流供電系統(tǒng)，交流供電系統(tǒng)主要采用變壓器隔離,，直流供電系統(tǒng)主要采用直流電壓隔離器隔離。模擬信號測量系統(tǒng)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(xiàn)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(guī)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(tǒng)與模擬信號測量系統(tǒng)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(tǒng)的隔離

2.1.1 交流供電系統(tǒng)的隔離

由于交流電網(wǎng)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(shè)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(cè)的噪聲電壓,、電流直接傳輸?shù)蕉蝹?cè)，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(wǎng)中的噪聲會通過分布電容耦合到二次側(cè)。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(shè)備的電磁兼容性,。圖1(a)、(b)所示為不加屏蔽層和加屏蔽層的隔離變壓器分布電容的情況,。

圖1 變壓器隔離 

在圖1（a）中,，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(cè)的對地電容,，則從圖可知二次側(cè)的共模噪聲電壓u2C為：

u2C=u1CC12/（C12＋C2E）

在圖1（b）中,，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(cè)的對地電容，則從圖可知二次側(cè)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(nèi),，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(shù)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(jié)構(gòu)，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(cè),，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(tǒng)的隔離

當控制裝置和電子電氣設(shè)備的內(nèi)部子系統(tǒng)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(cè)使用隔離變壓器,，如圖2（a）所示,；第二種是使用直流電壓隔離器（即DC/DC變換器），如圖2（b）所示,。

(a)交流側(cè)隔離

(b)直流隔離

圖2 直流電源系統(tǒng)的隔離

2.2 模擬信號測量系統(tǒng)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(tǒng)有如下好處：

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

——在精密測量系統(tǒng)中,，防止數(shù)字系統(tǒng)的脈沖波動干擾進入模擬系統(tǒng)，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,?；ジ衅鞲綦x的應用如圖3（a）所示。

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(tǒng)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(shù)如下：

——交流耐壓35kV/1min,，60Hz；

——直流耐壓495kV,；

——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(yōu)秀參數(shù)，使其大量地應用于精密測量系統(tǒng)中,，線性隔離放大器的應用如圖3（b）所示,。

2.3 模擬信號控制系統(tǒng)的隔離

如前所述，模擬信號控制系統(tǒng)的隔離與模擬信號測量系統(tǒng)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(shù)字電路的隔離

與模擬系統(tǒng)類似,，一套控制裝置,，或者一臺電子電氣設(shè)備，通常所包含的數(shù)字系統(tǒng)有：數(shù)字信號輸入系統(tǒng),，數(shù)字信號輸出系統(tǒng),。數(shù)字量輸入系統(tǒng)主要采用脈沖變壓器隔離,，光電耦合器隔離；而數(shù)字量輸出系統(tǒng)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。

3.1 光電耦合器隔離

這種隔離方法是用光電耦合器把輸入信號與內(nèi)部電路隔離開來,，或者是把內(nèi)部輸出信號與外部電路隔離開來,，如圖4(a)、(b)所示,。

目前,，大多數(shù)光電耦合器件的隔離電壓都在2.5kV以上，有些器件達到了8kV,，既有高壓大電流大功率光電耦合器件,，又有高速高頻光電耦合器件（頻率高達10MHz）。常用的器件如：4N25,，其隔離電壓為5.3kV,；6N137，其隔離電壓為3kV,，頻率在10MHz以上,。

3.2 脈沖變壓器隔離

脈沖變壓器的匝數(shù)較少，而且一次繞組和二次繞組分別繞于鐵氧體磁芯的兩側(cè),，這種工藝使得它的分布電容特小,，僅為幾個pF，所以可作為脈沖信號的隔離元件,。脈沖變壓器傳遞輸入,、輸出脈沖信號時，不傳遞直流分量,，因而在微電子技術(shù)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用,。一般地說，脈沖變壓器的信號傳遞頻率在1kHz～1MHz之間,，新型的高頻脈沖變壓器的傳遞頻率可達到10MHz,。圖5（a）是脈沖變壓器的示意圖。脈沖變壓器主要用于晶閘管（SCR）,、大功率晶體管（CTR）,、IGBT等可控器件的控制隔離中。圖5（b）是脈沖變壓器的應用實例,。

3.3 繼電器隔離

繼電器是常用的數(shù)字輸出隔離元件，用繼電器作為隔離元件簡單實用,，價格低廉,。圖6是繼電器輸出隔離的實例示意圖,。在該電路中，通過繼電器把低壓直流與高壓交流隔離開來,，使高壓交流側(cè)的干擾無法進入低壓直流側(cè),。

4 模擬電路與數(shù)字電路之間的隔離

一般地說，模擬電路與數(shù)字電路之間的轉(zhuǎn)換通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）或數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）來實現(xiàn),。但是,，若不采取一定的措施，數(shù)字電路中的高頻振蕩信號就會對模擬電路帶來一定的干擾,，影響測量的精度,。為了抑制數(shù)字電路對模擬電路帶來的高頻干擾，一般須將模擬地與數(shù)字地分開布線,，參見圖7（a）,。這種布線方式不能徹底排除來自數(shù)字電路的高頻干擾，要想排除來自數(shù)字電路的高頻干擾,，必須把數(shù)字電路與模擬電路隔離開來,，常用的隔離方法是在A/D轉(zhuǎn)換器與數(shù)字電路之間加入光電耦合器，把數(shù)字電路與模擬電路隔離開,，參見圖7（b）,。但這種電路還不能從根本上解決模擬電路中的干擾問題，仍然存在著一定的缺陷,，這是因為信號電路中的共模干擾和差模干擾沒有得到有效的抑制,，對于高精密測量的場合，還不能滿足要求,。對于具有嚴重干擾的測量場合,，可采用圖7（c）所示的電路。在該電路中,，把信號接收部分與模擬處理部分也進行了隔離,，因為在前置處理級與模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）之間加入線性隔離放大器，把信號地與模擬地隔開,，同時在模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）與數(shù)字電路之間采用光電耦合器隔離,，把模擬地與數(shù)字地隔開，這樣一來,，既防止了數(shù)字系統(tǒng)的高頻干擾進入模擬部分,，又阻斷了來自前置電路部分的共模干擾和差模干擾。當然,，這種系統(tǒng)的造價較高,，一般只用于高精度的測量系統(tǒng)中。

數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）電路的隔離與模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）電路的隔離類似，因而所采取的技術(shù)措施也差不多,，圖7（d）是數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）電路的隔離方法之一,。

5 結(jié)語

以上對電子電路的電氣隔離問題作出了概括性的論述，在產(chǎn)品的研制實踐中,還要對電子電氣設(shè)備的內(nèi)部噪聲及外部干擾進行全面的分析,，結(jié)合“接地問題”,，“屏蔽問題”,選擇合理的隔離方式及其恰當?shù)母綦x部位，進行統(tǒng)一部署,，才能設(shè)計出滿足電磁兼容性要求的合格產(chǎn)品,，造福于社會。