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主動和被動隔離器

功能原理：

交流電壓和交流電流可以使用變壓器輕松傳輸和電隔離,。變壓器可靠,，易于生產(chǎn)并且適用于高工作電壓或隔離電壓,。

但是，它們不能傳輸直流電壓信號,。因此,，首先使用電子斬波器將直流電壓信號轉(zhuǎn)換為交流電壓。該交流電壓通過變壓器傳輸?shù)酱渭夒娐?，并與斬波器頻率同步進(jìn)行整流（見圖3）,。然后，如有必要,，可以轉(zhuǎn)換或放大生成的直流電壓,。

圖3：具有基于變壓器的隔離的隔離器的框圖

VariTrans系列的現(xiàn)代可切換隔離放大器或新型6毫米級變送器用于基于不同原理的信號處理。輸入信號被轉(zhuǎn)換為具有恒定頻率的矩形信號,。矩形電壓的占空比根據(jù)輸入電壓（脈寬調(diào)制,，PWM）而變化。脈寬調(diào)制的矩形信號通過變壓器以電隔離的方式傳輸?shù)捷敵鰝?cè),。使用低通濾波器將其重新轉(zhuǎn)換為電壓或電流（參見圖4）,。

圖4：PWM原理：脈沖寬度調(diào)制

隔離放大器或發(fā)送器的傳輸比由微控制器控制。使用DIP和旋轉(zhuǎn)編碼器開關(guān)進(jìn)行設(shè)置,。由于這些開關(guān)未包含在放大器電路的負(fù)反饋中,，而是僅開關(guān)數(shù)字信號，因此它們不攜帶電流,，也不會引起任何接觸電阻故障,。

1.1外部供電的隔離放大器（有源隔離器）

隔離放大器是用于電流隔離測量信號的常用的設(shè)備類型。通常,，它們不僅用作電位隔離器,，而且還用作將電壓或電流轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的20 mA或10 V信號的變送器。當(dāng)測量信號以1：1傳輸時,，它們還用于增加信號負(fù)載能力,。隔離放大器對輸入信號的負(fù)載通常可以忽略不計,。隔離放大器通常需要外部電源,。可開關(guān)隔離放大器VariTrans P 27000和P 15000是典型示例,。

單極性信號處理的隔離放大器

僅適用于傳輸單極性測量信號的隔離放大器可用于許多應(yīng)用,，例如用于處理標(biāo)準(zhǔn)0/4 ... 20 mA和0 ... 10 V信號。所有Knick單極隔離放大器的控制范圍即使在零附近也能在負(fù)范圍內(nèi)擴(kuò)展百分之幾以實(shí)現(xiàn)精確傳輸（見圖5）,。

圖5：有源單極隔離放大器的框圖

用于雙極性信號處理的隔離放大器

例如,，當(dāng)必須在兩個旋轉(zhuǎn)方向上測量電動機(jī)電流時，通常需要處理雙極性測量信號,。在測量距離時或?yàn)楂@得更好的測量信號分辨率時,，也會處理雙極性信號,。Knick還提供不同類型的雙極性隔離放大器，例如,，用于雙極性標(biāo)準(zhǔn)信號的VariTrans A 26000（見圖6）,。

圖6：有源雙極隔離放大器的框圖

1.2環(huán)路供電的隔離器（無源隔離器）

施加的電流信號的電位隔離不一定需要有源隔離放大器。環(huán)路供電的隔離器通常也可以不受限制地使用,。來自Knick的無源隔離器不需要電源,，電源通過輸入端子上的測量信號作為電壓降提供電源。輸入信號的負(fù)載能力因無源隔離器的電壓要求而降低,。

無源隔離器適合于單極性電流信號的1：1傳輸。在考慮輸入信號負(fù)載能力和輸出負(fù)載的情況下,，應(yīng)檢查各自應(yīng)用的適用性,。

范例1：

在環(huán)路供電的隔離器輸入端具有0 ... 20 mA信號的變送器可以支持10 V的大負(fù)載

（I in = 0 ... 20 mA，V in max  = 10 V）,。環(huán)路供電的隔離器的壓降V drop為2.5V,。當(dāng)V in = V drop +（I out ·R L）時，大輸出負(fù)載為

R L max =（V in max -V drop）/ 20 mA = 375歐姆（見圖7）,。

圖7：示例1的電路圖

環(huán)路供電的隔離器不允許信號放大,，并且沒有反饋，即輸出負(fù)載直接作用于輸入信號,。結(jié)果,，當(dāng)輸出斷開（無限電阻）時，電流不會在輸入電路中流動（見圖8）,。

圖8：開路輸出的環(huán)路供電隔離器

到目前為止,，通過將合適的齊納二極管與隔離器輸出并聯(lián)連接來處理無法排除輸出電路中斷的情況。在這種情況下,，當(dāng)輸出電路斷開時,，輸入電流在輸出端流過齊納二極管（見圖9）。在實(shí)踐中,，這種方法經(jīng)常被證明是復(fù)雜且容易出錯的,。

圖9：長距離傳輸測量信號

尼克通過Bürdenstop®（負(fù)載停止）功能解決了這個問題，從而大大擴(kuò)展了環(huán)路供電的隔離器的應(yīng)用范圍,。此處,，在初級側(cè)提供的電流與輸出負(fù)載無關(guān)。這可以補(bǔ)償輸出端的任何過度負(fù)載增加,，例如由線路中斷或不穩(wěn)定負(fù)載（包括復(fù)阻抗）引起的負(fù)載增加,。無源IsoTrans M12-A200和IsoTrans A 20400隔離器可帶和不帶負(fù)載停止功能。當(dāng)輸出負(fù)載（例如,，控制器的輸入電阻）高達(dá)60Ω時,，帶負(fù)載停止功能的無源隔離器是解決方案（見圖10）,。

圖10：帶負(fù)載停止的傳遞函數(shù)

無源Knick隔離器所需的工作電流非常低。大約是 2 µA至150 µA（取決于型號）,，不會出現(xiàn)額外的傳輸錯誤,。無源隔離器由于其易于安裝而無需附加電源線而特別具有優(yōu)勢。所有外殼版本均提供環(huán)路供電的隔離器,。