在一些惡劣的高電壓、高功率工作環(huán)境中應(yīng)用傳感器傳輸信號(hào)時(shí),通常都需要使用電流隔離器使電流信號(hào)在傳感器和控制器之間傳遞而不受共模電壓的影響,確保信號(hào)完整。還有一個(gè)關(guān)鍵原因是,現(xiàn)實(shí)中一些電信基礎(chǔ)設(shè)施需要高速地傳輸數(shù)據(jù)及信號(hào),會(huì)涉及高功率,使用電流隔離器可以令系統(tǒng)得到保護(hù)。電流隔離是電氣系統(tǒng)中的一種隔離技術(shù)。在傳感器和其他電子設(shè)備之間提供電流隔離,可以防止直流或不受控制的瞬態(tài)電流影響。電流隔離屏障有三種常見(jiàn)技術(shù)為光電隔離、磁隔離和電容式隔離。雖然這三種技術(shù)隔離屏障的介質(zhì)有所不同,但最終目標(biāo)都是相同的。
1.光電隔離:成熟易用的技術(shù)
光電隔離是三種技術(shù)中使用最早的,并且易于使用。然而光耦一般數(shù)據(jù)傳輸速率較低(因?yàn)長(zhǎng)ED需要時(shí)間開(kāi)啟),并且有較高的功耗,同時(shí)器件的性能表現(xiàn)會(huì)隨著使用時(shí)間增加而降低。此外,由于發(fā)光二極管的物理尺寸限制,光隔離器的尺寸難以減小。相對(duì)于光隔離,磁隔離和電容式隔離都是以數(shù)字方式通過(guò)屏障傳輸數(shù)據(jù)。
2.磁隔離:速率高而磁場(chǎng)抗擾度弱
磁耦是基于磁隔離技術(shù)的隔離器件,也稱(chēng)為磁隔離器。我們會(huì)發(fā)現(xiàn),有些磁耦可以以高達(dá)100Mbps速度的脈沖電流通過(guò)隔離屏障,但是要留意的是,磁耦的功耗會(huì)隨著數(shù)據(jù)速率增加而增加。它對(duì)電磁干擾也很敏感,而在HVAC系統(tǒng)和涉及電機(jī)的工廠自動(dòng)化環(huán)境中的磁場(chǎng)是很大。
3.電容式隔離:更好的解決方案
與磁隔離一樣,電容式隔離具有用于編碼和解碼輸入AC信號(hào)的數(shù)字電路,利用可變的電場(chǎng)在隔離屏障中傳輸信息。電容式隔離器無(wú)法傳遞直流信號(hào),因此它們本身就是一個(gè)很好的隔離器。電容式隔離器不易受磁場(chǎng)噪聲影響,而仍然保持高數(shù)據(jù)速率和低功耗??梢?jiàn)使用電容式隔離的好處是信號(hào)傳輸方面更有效率,對(duì)磁場(chǎng)有更好的抗擾度。
隔離方式
光耦是采用光-電-光的傳輸方式來(lái)進(jìn)行信號(hào)的傳輸
磁耦是通過(guò)磁場(chǎng)進(jìn)行能量傳遞將信號(hào)進(jìn)行隔離傳輸
容耦是采用高頻信號(hào)調(diào)制解調(diào)將輸入信號(hào)通過(guò)電容隔離之后傳輸出去
優(yōu)劣勢(shì)分析
光耦的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)單向傳輸,輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離,輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響,抗干擾能力強(qiáng),工作穩(wěn)定,無(wú)觸點(diǎn),使用壽命長(zhǎng),傳輸效率高。光耦的不足之處主要體現(xiàn)在速度限制、功耗高以及LED老化上
磁耦的優(yōu)點(diǎn)是速度最高可達(dá)150MBps,功耗低至傳統(tǒng)光耦的十分之一,體積小,應(yīng)用方便,可靠性高,壽命長(zhǎng)等。磁耦的不足之處在于集成的變壓器本身是一個(gè)輻射源,存在EMI干擾性問(wèn)題。
容耦的優(yōu)點(diǎn)在于通訊速率高,信號(hào)傳輸延時(shí)時(shí)間短,壽命長(zhǎng),具有很好的抗EMI干擾能力,信號(hào)具有很好的跟隨特性等。容耦的不足之處在于低頻特性差,不能放大變化緩慢的信號(hào),而且在集成電路中制造大容量的電容很困難,因此容耦不便于集成化。
昌辰TH系列電流隔離器采用電磁隔離技術(shù),輸入、輸出、電源三方完全隔離,抗干擾能力強(qiáng),支持底座插撥裝卸方便、精度高、線形度高、抗干擾性強(qiáng)、長(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性。
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