传感器在一些高电压体系中的运用愈见广泛,如房顶太阳能的逆变器、社区的电网、HVAC体系、又或是商业楼宇的自动化空调体系等。在这些作业环境下,传感器的数据传送到操控器,如人机界面(HMI,Human Machine Interface)作剖析。
可是,假如传感器邻近有一些高电压存在,不只会影响传感器操作或损坏操控器,更有或许因发送传感器的数据过错而导致严峻的事端,特别是医疗设备,这或许会对用户安全发生恰当的风险。
为了防止高电压和高功率风险,规划中能够运用阻隔器(isolator)作为体系的阻隔屏障,使电压信号在传感器和操控器之间传递而不受共模电压的影响,保证信号完好。
图1:阻隔器作业原理
还有一个要害原因是,实际中一些电信基础设施需求高速地传输数据及信号,会触及高功率,而运用阻隔器能够令体系得到维护。
电流阻隔是电气体系中的一种阻隔技能。在传感器和其他电子设备之间供给电流阻隔,能够防止直流或不受操控的瞬态电流影响。可是,传感器传递的数据和能量依然需求经过阻隔屏障传送。
电流阻隔屏障有三种常见技能——光电阻隔、磁阻隔和电容式阻隔。尽管这三种技能阻隔屏障的介质有所不同,但最终目标都是相同的。
光电阻隔:老练易用的技能
光电阻隔 (或称光阻隔),是三种技能中运用最早的,而且易于运用。如下图, 光阻隔一般是选用光耦合器(简称光耦) 进行阻隔,以光为前言传递信号。如Toshiba的TLP291光耦透过发光二极管(LED)和光探测器,把信号转换成以电 – 光 – 电方法传递,发生阻隔作用。
图2:光电阻隔原理
可是光耦一般数据传输速率较低(由于LED需求时刻敞开),而且有较高的功耗,一起器材的功能体现会跟着运用时刻添加而下降。此外,由于发光二极管的物理尺度约束,光阻隔器的尺度难以减小。
相对与光阻隔,磁阻隔和电容式阻隔都是以数字方法经过屏障传输数据。
磁阻隔:速率高而磁场抗扰度弱
磁耦是根据磁阻隔技能的阻隔器材,也成为磁阻隔器。
图3:磁阻隔作业原理
咱们会发现,有些磁耦能够以高达100Mbps速度的脉冲电流经过阻隔屏障,磁耦的数据传输速率特功能够在Digi-Key网页內找到。
图4:磁耦数据速率参数查询
可是要留心的是,磁耦的功耗会跟着数据速率添加而添加。它对电磁搅扰也很灵敏,而在HVAC体系和触及电机的工厂自动化环境中的磁场是很大。
电容式阻隔:更好的解决方案
与磁阻隔相同,电容式阻隔具有用于编码和解码输入AC信号的数字电路(如下图),运用可变的电场在阻隔屏障中传输信息。
图5:电容阻隔作业原理
电容式阻隔器无法传递直流信号,因而它们自身便是一个很好的阻隔器。电容式阻隔器不易受磁场噪声影响,而依然坚持高数据速率和低功耗。可见运用电容式阻隔的优点是信号传输方面更有功率,对磁场有更好的抗扰度。
下图比较了ADI的ADuM1100(磁阻隔)和TI 的ISO72x(电容式阻隔)的磁场抗扰度,尽管两个比如在限制磁场下都不太受磁场影响,但ISO72x对磁场抗扰度有更好的体现。
图6:磁阻隔和电容阻隔技能磁场抗扰度比较
无论是光阻隔、磁阻隔或是电容式阻隔,只要在恰当的条件下作业都能够到达很超卓的阻隔作用。下图是一个三种阻隔技能的简略比较:
表1:三种干流阻隔技能的比较
本文小结
传感器要高速度传输信号,阻隔是一个不可或缺的组成技能。特别是在恶劣的高电压和高功率作业环境中,运用电容式阻隔更见重要性,由于电容式阻隔:
有很好的抗磁才能
具有更快的速数据传输
更高的信号完好性
低功耗
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