傳感器在一些高電壓係統中的應用愈見廣泛
，如屋頂太陽能的逆變器、社區的電網、HVAC係統
、又或是商業樓宇的自動化空調係統等。在這些工作環境下，傳感器的數據傳送到控製器，如人機界麵（HMI
，Human Machine Interface）作分析。

 

可ke是shi，如ru果guo傳chuan感gan器qi附fu近jin有you一yi些xie高gao電dian壓ya存cun在zai
，不bu僅jin會hui影ying響xiang傳chuan感gan器qi操cao作zuo或huo損sun壞huai控kong製zhi器qi，更geng有you可ke能neng因yin發fa送song傳chuan感gan器qi的de數shu據ju錯cuo誤wu而er導dao致zhi嚴yan重zhong的de事shi故gu
，特te別bie是shi醫yi療liao設she備bei，這zhe可ke能neng會hui對dui用yong戶hu安an全quan產chan生sheng相xiang當dang的de風feng險xian。

 

 

為了防止高電壓和高功率危險，設計中可以使用隔離器(isolator)作為係統的隔離屏障，使電壓信號在傳感器和控製器之間傳遞而不受共模電壓的影響，確保信號完整。

 

圖1：隔離器工作原理

 

還有一個關鍵原因是，現實中一些電信基礎設施需要高速地傳輸數據及信號

，會涉及高功率，而使用隔離器可以令係統得到保護。

 

電dian流liu隔ge離li是shi電dian氣qi係xi統tong中zhong的de一yi種zhong隔ge離li技ji術shu。在zai傳chuan感gan器qi和he其qi他ta電dian子zi設she備bei之zhi間jian提ti供gong電dian流liu隔ge離li，可ke以yi防fang止zhi直zhi流liu或huo不bu受shou控kong製zhi的de瞬shun態tai電dian流liu影ying響xiang。然ran而er，傳chuan感gan器qi傳chuan遞di的de數shu據ju和he能neng量liang仍reng然ran需xu要yao通tong過guo隔ge離li屏ping障zhang傳chuan送song。

 

電流隔離屏障有三種常見技術——光電隔離
、磁隔離和電容式隔離。雖然這三種技術隔離屏障的介質有所不同
，但最終目標都是相同的。

 

光電隔離：成熟易用的技術

 

光電隔離 (或稱光隔離)，是三種技術中使用最早的，並且易於使用。如下圖
， 光隔離一般是采用光耦合器(簡稱光耦) 進行隔離，以光為媒介傳遞信號。如Toshiba的TLP291光耦透過發光二極管（LED）和光探測器，把信號轉換成以電 - 光 - 電形式傳遞，產生隔離作用。

 

圖2：光電隔離原理

 

然而光耦一般數據傳輸速率較低（因為LED需要時間開啟），並bing且qie有you較jiao高gao的de功gong耗hao，同tong時shi器qi件jian的de性xing能neng表biao現xian會hui隨sui著zhe使shi用yong時shi間jian增zeng加jia而er降jiang低di。此ci外wai，由you於yu發fa光guang二er極ji管guan的de物wu理li尺chi寸cun限xian製zhi
，光guang隔ge離li器qi的de尺chi寸cun難nan以yi減jian小xiao。

 

相對與光隔離，磁隔離和電容式隔離都是以數字方式通過屏障傳輸數據。

磁隔離：速率高而磁場抗擾度弱

 

磁耦是基於磁隔離技術的隔離器件，也成為磁隔離器。

 

圖3：磁隔離工作原理

 

我們會發現，有些磁耦可以以高達100Mbps速度的脈衝電流通過隔離屏障，磁耦的數據傳輸速率特性可以在Digi-Key網頁內找到。

 

圖4：磁耦數據速率參數查詢

 

但是要留意的是，磁耦的功耗會隨著數據速率增加而增加。它對電磁幹擾也很敏感，而在HVAC係統和涉及電機的工廠自動化環境中的磁場是很大。

電容式隔離：更好的解決方案

 

與磁隔離一樣，電容式隔離具有用於編碼和解碼輸入AC信號的數字電路(如下圖)，利用可變的電場在隔離屏障中傳輸信息。

 

圖5：電容隔離工作原理

 

電dian容rong式shi隔ge離li器qi無wu法fa傳chuan遞di直zhi流liu信xin號hao，因yin此ci它ta們men本ben身shen就jiu是shi一yi個ge很hen好hao的de隔ge離li器qi。電dian容rong式shi隔ge離li器qi不bu易yi受shou磁ci場chang噪zao聲sheng影ying響xiang，而er仍reng然ran保bao持chi高gao數shu據ju速su率lv和he低di功gong耗hao。可ke見jian使shi用yong電dian容rong式shi隔ge離li的de好hao處chu是shi信xin號hao傳chuan輸shu方fang麵mian更geng有you效xiao率lv，對dui磁ci場chang有you更geng好hao的de抗kang擾rao度du。

 

下圖比較了ADI的ADuM1100(磁隔離)和TI 的ISO72x(電容式隔離)的磁場抗擾度，雖然兩個例子在限定磁場下都不太受磁場影響
，但ISO72x對磁場抗擾度有更好的表現。

 

圖6：磁隔離和電容隔離技術磁場抗擾度比較

 

無論是光隔離、磁隔離或是電容式隔離
，隻要在適當的條件下工作都可以達到很出色的隔離效果。下圖是一個三種隔離技術的簡單比較：

 

表1：三種主流隔離技術的比較

 

本文小結

 

傳chuan感gan器qi要yao高gao速su度du傳chuan輸shu信xin號hao
，隔ge離li是shi一yi個ge不bu可ke或huo缺que的de組zu成cheng技ji術shu。特te別bie是shi在zai惡e劣lie的de高gao電dian壓ya和he高gao功gong率lv工gong作zuo環huan境jing中zhong，使shi用yong電dian容rong式shi隔ge離li更geng見jian重zhong要yao性xing，因yin為wei電dian容rong式shi隔ge離li：

 

有很好的抗磁能力

具有更快的速數據傳輸

更高的信號完整性

低功耗

 

來源：DigiKey  作者：Barley Li