電壓隔離

電壓隔離的適用范圍和特點(diǎn)

YUTONG的各系列四線制安全柵（隔離器) 中的模擬信號(hào)的隔離，均采用電壓隔離方式。

電壓隔離的輸出為電壓，負(fù)載為高阻, 輸出線圈中的電流為毫微安級(jí)，因此，在將輸入直流信號(hào)調(diào)制為交流信號(hào)時(shí)，也只需要微功率。為減小變壓器體積提供了前提。

磁電隔離只需一個(gè)周期，調(diào)制頻率為100KHZ時(shí)，響應(yīng)時(shí)間只要10微秒，趨于零，由于遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他軟硬件的最小延遲時(shí)間，磁電隔離可視為無(wú)周期。

調(diào)制和解調(diào)信號(hào)的幅值是連續(xù)的，無(wú)轉(zhuǎn)換位數(shù)和步距，分辨率原理上高于后續(xù)測(cè)試電路和設(shè)備。

模擬信號(hào)需要一入多出形式用于ESD冗余或其它后備工藝方式，電壓隔離方式可在在一個(gè)變壓器的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)繞組，則可增加一路隔離輸出電壓，不需增加新的變壓器，只增加0.4mW功耗，為減少變壓器數(shù)量，電路及功耗提供前提。

反饋信號(hào)（解調(diào)0）跟輸入信號(hào)相等，反饋線圈也和其它輸出線圈的圈數(shù)和磁路相等，因此輸出信號(hào)和輸入信號(hào)簡(jiǎn)單相等。反饋式電壓隔離電路是一項(xiàng)發(fā)明技術(shù)，其實(shí)用性特征是只對(duì)線圈圈數(shù)準(zhǔn)確度提出要求，工藝上易于實(shí)現(xiàn)，不對(duì)磁性材料和磁路提出苛刻要求，因?yàn)楹笳咴诠に嚿鲜抢щy的。

低漂移．．．．．．．．．．．．20nV /℃典型值。

低失調(diào)．．．．．．．．．．．．20μV 典型值。

高精度．．．．．．．．．．．．0.01%FS 最大。

微功耗．．．．．．．．．．．．0.4mW / 每路。

變壓器反饋式電壓隔離原理圖

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光電隔離

光電隔離的適用范圍和特點(diǎn)

YUTONG的各系列四線制安全柵（隔離器）中的開關(guān)信號(hào)的隔離，均采用光電隔離方式。YUTONG 較早的數(shù)字式儀表亦采用光電隔離方式（PWM)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行隔離。

光電耦合器適于開關(guān)信號(hào)隔離。將模擬信號(hào)的幅值在單片機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)換成為開關(guān)信號(hào)（PWM部件），用一個(gè)周期內(nèi)的開關(guān)時(shí)間的比例表示模擬信號(hào)大小, 可實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的光電隔離。設(shè)置的周期越長(zhǎng)，分辨率越高, 當(dāng)一個(gè)周期內(nèi)的時(shí)間間隔為20000個(gè)時(shí)，輸出電流的分辨率為1μA（ 14位DA的分辨率），如果轉(zhuǎn)換以1秒周期的極低速進(jìn)行，每一個(gè)時(shí)間間隔為50/2=25μS, 已超過高速光耦的極限值。光電隔離的轉(zhuǎn)換速度和分辨率取決于光耦的速度，為加速光耦，需成倍加大光耦的功耗，不利于整機(jī)散熱，其效果也是有限的。

轉(zhuǎn)換周期和分辨率跟系統(tǒng)功能安全直接關(guān)聯(lián)，周期時(shí)間越短，實(shí)時(shí)性越強(qiáng)，以保證控制系統(tǒng)不會(huì)使用錯(cuò)拍信號(hào)；分辨率越高，信號(hào)的真實(shí)度越高，以保證控制系統(tǒng)本身的分辨率有效。基本要求是簡(jiǎn)單的： 1，轉(zhuǎn)換儀表的采樣周期要低于系統(tǒng) 控制本身的周期, 2，轉(zhuǎn)換儀表的分辨率要高于控制系統(tǒng)的分辨率。

YUTONG的各系列通用安全柵/隔離器用14位DA替換了PWM形式的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，整機(jī)轉(zhuǎn)換周期縮短到200mS, 分辨率1.25μA，可滿足大部分系統(tǒng)的要求。即使這樣, 上述各系列通用儀表仍然存在采樣周期不夠短的的問題，不能徹底排除跟系統(tǒng)本身采樣周期錯(cuò)拍的可能性。因此建議，在系統(tǒng)功能安全要求高的部位，使用無(wú)周期的，連續(xù)的相同功能的模擬儀表，在顯示記錄等與功能安全無(wú)關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)，合理使用上述通用儀表。

模擬量光電隔離原理圖

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開關(guān)量光電隔離原理圖

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電流隔離

電流隔離的適用范圍和特點(diǎn)

YUTONG的各系列二線制隔離器中的模擬信號(hào)的隔離，均采用電流隔離方式。二線制型號(hào)中，沒有安全柵分類，也沒有一入多出的分類。

電流隔離的輸出為電流，負(fù)載為低阻，輸出線圈中的電流為二線制隔離器的輸出電流，因此，在將輸入直流信號(hào)調(diào)制為交流信號(hào)時(shí)，一方面需要輸出對(duì)應(yīng)的電功率，也要消耗掉維持調(diào)制和解調(diào)電路運(yùn)行的最低電壓（<2V）產(chǎn)生的功率。

電流互感器內(nèi)阻不是理想值無(wú)窮大。具體阻值可以簡(jiǎn)單測(cè)出，例如：負(fù)載變化50Ω，輸出電流變化5μA，電流互感器的內(nèi)阻則等于（20mA╳50Ω/5μA=）200KΩ。它與負(fù)載成并聯(lián)關(guān)系，因此會(huì)對(duì)輸出信號(hào)形成分流，比如：負(fù)載600Ω時(shí)，負(fù)載電壓為12V，內(nèi)阻200KΩ中的分流為（12V/200KΩ=）60μA，輸出電流將減少為19.94mA。精度為0.4%FS左右。

為了克服上述誤差，可以通過檢測(cè)負(fù)載電壓，并按負(fù)載電壓的大小成比例補(bǔ)償電流互感器內(nèi)阻的分流，使負(fù)載變化對(duì)輸出的影響減小40倍以上，量產(chǎn)的典型值為<±0.01%FS。

也可以減小負(fù)載，比如上例中的負(fù)載減小為10Ω，輸出取樣電壓為10ΩX20mA=0.2V,內(nèi)阻200K的分流為0.2V/200K=1微安，可不記。為了解決負(fù)載太小不實(shí)用問題, 需再用V/I轉(zhuǎn)換電路將上述0.2V電壓轉(zhuǎn)換為20mA電流。

電流傳輸不能采用并聯(lián)方式，因?yàn)橐a(chǎn)生分流，同理電流隔離也不能采用輸出線圈并聯(lián)的方式，一個(gè)變壓器只能輸出一路信號(hào)。在一入多出方式下，需增加多個(gè)變壓器和多套調(diào)制解調(diào)電路來實(shí)現(xiàn)，不利于降低熱量和減小體積。

電流隔離器原理圖

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