电子电气电路的隔离技术

钱 旭

（1.中煤科工集团沈阳研究院有限公司，辽宁 抚顺 113122；2.煤矿安全技术国家重点实验室，辽宁 抚顺 113122）

0 引 言

随着当代科学技术的不断发展与进步，我国在电气电路方面也取得了一定的成就。电子电路的隔离技术是通过电子设备和电气设备而集成在一起的开关隔离技术，它可以更好连接电气设备和电子设备，让其设备充分发挥性能的同时提高电气电路的隔离性能。

电气电路的有效隔离，可以切断和抑制噪声的传播。本文就一些常见的隔离技术进行了分析与探究，希望能对读者与电子电器设备行业产生积极影响。

1 电子电气电路隔离技术的概述以及其作用

电子电气电路是指通过使用光电耦合、继电器以及光纤方式等实现有效隔离的一种电路，工作人员可以通过输入数字量来实现耦合器的有效隔离。电气电路隔离技术的主要价值体现在，它可以对电路在使用过程中对产生的噪声在短时间内进行有效切断和抑制，从而提高设备的运行效率并降低噪声。

模拟电路的隔离技术相对于传统的技术来说高效很多。通过模拟电路的测量，可以对整个电路进行系统分析，并对其进行拆分管理，进而提高隔离的效果。当内部性能和实际情况存在矛盾时，就需要通过选择合理的方式来隔离。然而，从传统的发展过程来看，一般生产的隔离元件精密度都较低，难以满足用户的需求。因此，广大电力企业一定要通过综合运用直流电压隔离技术、线性隔离技术和其他类型的隔离技术来全面进行处理。

生活中所运用到的所有电气设备都会或多或少的产生噪声，隔离技术的作用就是在电路运行时用最短的时间控制噪声，然后通过相应的技术使之在整个运行过程中不断地控制噪声。这不仅能发挥电气设备的性能，而且该技术能充分反映开关隔离技术的性能[1]。

2 电子电气电路隔离技术的分类

2.1 脉冲变压器的隔离

脉冲信号的隔离元件比较特殊，其中一次绕组和二次绕组都包裹在铁氧体磁芯周围，具有较低的电容。脉冲变压器隔离技术在电子电路和电气线路的隔离中发挥着很大的作用，其隔离效果非常明显。然而，由于使用过程的复杂性，因此在实际应用中必须要将一次绕组和二次绕组的匝数均匀地分布在铁氧体磁芯的两侧。另外，当电路的电容量较大时，这种隔离技术的效果不明显。将内部信息输入进脉冲变压器时，通常也无法获得最佳的直流分量隔离效果。而且在电子电器电路中应用脉冲变压器隔离技术还要对传播频率进行控制。随着科技的不断发展，现在传播频率可以提升到10 MHz以内，从而更好地发挥相互隔离的作用。

2.2 光电耦合器隔离技术

光电耦合器在电子电气电路中的作用较明显，在隔离技术中的应用也最为典型。采用光电耦合器隔离技术可以将数字电路的内部输出信号与外部电路隔离开，防止内外部电路之间的相互干扰，具体的隔离技术原理如图1和图2所示。在图1、图2的隔离电路中，隔离的信号回路可以分别采用独立的电源和不同的接地方式，消除产生的干扰与噪声电流，提高整个电路的稳定性。目前，我国的光电耦合器隔离技术已处于世界先进水平，广泛应用于2.5～8 kV线路，并取得了很好的应用效果[2]。

图1 外部输出电路与内部电路隔离技术

图2 内部输出与外部电路隔离技术

2.3 继电器隔离技术

在电子电路隔离技术中，继电器隔离技术的应用范围非常广。在实际应用过程中，相关技术人员需要全面检查并分析与数字输出有关的所有元件。在掌握这些元件的实际情况后，将用于隔离的元件安装在合理的位置。继电器隔离技术能隔离开关操作中的高低压电流，使电子电路和电气电路的工作稳定性得到显著提高。

2.4 高低压信号隔离技术

在采用高压信号隔离技术时，高频电流信号可以通过互感器的作用来进行隔离，但在实际应用过程中要注意，如果互感器的型号不同，那么即使隔离方式比较相似，但最终的隔离效果相差也会很大。因此，在使用互感器之前，首先要检测高压信号的频率，然后根据检测结果选择合适的互感器，最终达到良好的隔离效果。在设计电子电路时应充分考虑高压信号的隔离，并做好准备，同时变压器的应用方式应根据实际隔离要求制定[3]。

对低压信号进行隔离主要应用的是测量系统隔离技术，它也是电子电路的重要组成部分。在应用测量系统隔离低压信号时，必须有机结合高压信号才能达到最佳的隔离效果。同时，在实际应用过程中必须充分考虑宽带、频率以及精度，以避免对隔离效果产生影响，从而进一步提高低压信号隔离的效率。

2.5 供电系统的隔离

在电子电器电路隔离中，供电系统的有效隔离也是电子电路隔离的重要组成部分。在供电系统的隔离中，必须找到合适的隔离方式才可以有效控制整个供电系统的各项噪音。随着整个供电系统在供电量复杂性上的不断提升，传统的方式很难满足隔离需求。因此，技术人员应该全面分析供电系统的信号隔离，制定相应的解决方案，从而有效避免系统运行中的噪声干扰。

2.5.1 交流电隔离技术

交流电网运行时会产生大量噪声干扰，主要以谐波、雷电以及高频干扰等为主，如果不对其进行隔离，将严重影响交流电网的稳定运行，甚至产生更严重的后果，因此必须采取有效的隔离措施。在传统的交流电隔离技术中，由于分布电容的存在，一次绕组和二次绕组中的噪声被重新连接起来，从而降低实际的隔离效果。所以，必须在传统隔离的基础上进行创新和改进，在一次绕组和二次绕组之间设置屏蔽层，避免发生噪声耦合，从而提高整体的隔离效果[4]。

2.5.2 直流电隔离技术

在实际的隔离过程中，必须找到一种合适的隔离方式，使噪声易于被降解和控制。传统模式的操作已经难达要满足相应的工作要求，为此技术人员必须全面分析整个系统，在分析结果的基础上进行设计。另外，在设计隔离层时，必须有效地抑制噪声，才能有效提升电磁设备的兼容性。

直流电隔离技术中，技术人员需要通过有效运用直流供电系统内部的隔离技术来全面提升运行的成效，从而更好地达到预期的运行效果，提升隔离的效果。在控制相关电子电器设备装置的过程中，尤其需要全面做好隔离的工作，并通过设置交流隔离的设施来在之后科学开展隔离工作，以便能够更好地提升隔离技术的应用质量。同时还需要通过科学设计电压隔离器来增强工作的成效[5]。

2.6 模拟电路隔离技术

在电子和电气的运行中，通常包括一系列控制装置、电源以及模拟信号的产生和测量系统。根据不同的电子电器设备来使用不同的频率，另外根据电气设备的应用范围不同，供电系统可分为交流供电系统和直流供电系统两部分。

由于模拟电路的组成结构和信号测量结构复杂，因此在对噪声与干扰进行处理时，不仅要考虑信号的精度，而且还要考虑频带的宽度等因素。对高压电器和大电流信号等的噪声与干扰隔离，主要采用电压互感器（电流互感器）等设备来进行，而对于微电压和微电流信号中出现的干扰与噪声主要采用线性隔离放大器来实现隔离。此外，模拟信号控制电路一般采用的时变压器或者自流电压隔离器进行隔离。

2.7 模拟信号测量系统的隔离

在具有直流分量和共模噪声干扰比较严重的场合中，测量模拟信号时必须采取措施将输入与输出完全隔离，消除噪声耦合。这样对系统有两点好处，一是可以防止逻辑系统工作紊乱和，二是防止有用信号的淹没[6]。

3 数字电路与模拟电路的隔离

对于数模电路之间的隔离，主要采用数模转换器，但是对于要求较高的电路，除了采用转换器外，在其两端还需要增加模拟装置和数字装置的隔离元件[7]。

在A/D转换器和数字开关之间增加光电耦合器，以避免数字电路产生的高频率振荡对数据产生的影响，但还不能从根本上解决模拟电路中的干扰问题。这是由于共模干扰和差模干扰没有得到有效的抑制，不能满足高精密测量场合的要求，仍存在缺陷。

在有严重干扰的测量场合需要将信号接收部分与模拟处理部分进行隔离。在前置处理级与模数转换器（A/D）之间加入线性隔离放大器，将信号地与模拟地隔离开来，同时采用光电耦合器将模数转换器（A/D）与数字电路隔离，从而隔离了模拟地与数字地。这样既阻止了数字系统的高频干扰进入模拟部分，还阻断了前置电路部分产生的共模干扰和差模干扰[8]。当然，这种造价极高的系统通常只适用于高精度的测量系统。

4 电子电气电路技术存在的意义

任何形式的电子电气设备内部隔离技术的首要任务都是对噪音进行切断和抑制。目前，电子电路隔离技术已经得到了广泛应用，这些隔离技术的存在使得电子电气设备更加安全、高效，同时也减少了一定的损耗。虽然如此，在产品开发过程中仍需要重视电子电器设备对外部产生噪声和干扰的问题，并找出最合适的方式对产品进行降噪处理。只有灵活运用电子电路隔离技术，才能在一定程度上满足电子设备的使用及电气设备的噪声抑制功能，电子电器设备才可以充分发挥其功能，提高工作效率[9]。

电子电气电路的隔离方式主要包括脉冲变压器、光电耦合器以及继电器等。利用这种先进的电子电路隔离技术，提升了电子电器设备的工作性能，提高了电气电子设备的工作效率，这与我国相关行业的整体发展密不可分[10-12]。

5 结 论

电子电路隔离技术是通过光电耦合器、继电器和交流电、直流电隔离实现有效隔离的技术。其应用的主要价值是它们能在最短的时间内有效切断电路使用过程中的噪声，从而使电子电路的运行更加稳定。为了使电子电气电路的运行更加稳定，通常需要在其不同环节施加隔离技术，而不同环节的隔离技术有着很大差别。在整个电路的运行过程中，主要应用的几种隔离技术为光电耦合器、继电器、脉冲变压器、高低压信号、交流电以及直流电等。相关技术人员要充分重视各种隔离技术的应用细节，才能为最终的隔离提供保障。