在 110/220V AC 下運行的普通家用微波爐內部可產生高達 2800V 的電壓，這是危險的致命性。除此之外，它還具有 3.5V 左右的較低水平 交流電壓 來點亮燈絲，以及用于數字電子部件（如顯示器或計時器）操作的 5V/3.3V 等穩(wěn)壓直流電壓。您有沒有想過，當您觸摸烤箱時，是什么阻止了這些高壓通過按鈕或外殼到達您的手指？你的問題的答案是 “隔離”。 在設計涉及多于一種信號或多于一種工作電壓的電子產品時，隔離用于防止一個信號干擾另一個信號。它還通過防止工業(yè)級產品中的故障情況在安全方面發(fā)揮著至關重要的作用。這種隔離通常稱為 電流隔離。為什么用“電流”這個詞？這是因為電流代表某種化學作用產生的電流，并且由于我們通過斷開導體接觸來隔離該電流，因此稱為電流隔離。

電流隔離技術有多種類型， 選擇合適的一種取決于隔離類型、承受能力、應用要求，顯然還涉及成本因素。在本文中，我們將了解不同類型的隔離、它們如何工作以及在我們的設計中使用它們的位置。

電流隔離的類型

信號隔離

功率級隔離

電容器作為隔離器

信號隔離

如果兩個不同性質的電路使用某種類型的信號相互通信，則需要信號電平隔離。例如，兩個電路使用獨立的電源并且工作在不同的電壓電平。在這種情況下，為了隔離兩個獨立電源的單獨接地并在這兩個電路之間進行通信，需要信號電平隔離。

信號隔離是通過使用不同類型的隔離器來完成的。 光和電磁隔離器 主要用于信號隔離目的。這兩種隔離器都可以防止不同的接地源組合在一起。每個隔離器都有其獨特的工作原理和應用，將在下面討論。

1. 光隔離器

光隔離器 使用光在兩個獨立電路之間進行通信。通常，光隔離器又名 光耦合器 在單個硅芯片內有兩個組件，一個 發(fā)光二極管和一個光電晶體管。LED由一個電路控制，晶體管側與另一個電路連接。因此，LED和晶體管沒有電連接。通信僅通過光完成，光學。

考慮上圖。一種流行的 光隔離器 PC817 隔離了兩個獨立的電路。電路 1 是帶開關的電源，電路 2 是連接不同 5V 電源的邏輯電平輸出。邏輯狀態(tài)由左電路控制。當開關閉合時，光耦合器內的 LED 點亮并打開晶體管。邏輯狀態(tài)將從高變?yōu)榈汀?/p>

使用上述電路隔離電路1和電路2。電流隔離對于上述電路非常有用。在幾種情況下，低電位接地會引起高電位接地噪聲，并產生接地回路，從而進一步導致測量不準確。與 PC817 類似，有多種 類型的光耦合器 可滿足不同的應用需求。

2. 電磁隔離器

光隔離器可用于 直流信號隔離，但小 信號變壓器等電磁隔離器 可用于 交流信號隔離。像 音頻變壓器這樣的變壓器 ，其初級和次級是隔離的，可以用于不同的 音頻信號隔離。另一個最常見的用途是網絡硬件或以太網部分。 脈沖變壓器 用于將外部接線與內部硬件隔離。甚至電話線也使用基于變壓器的信號隔離器。但是，由于變壓器是通過電磁隔離的，它只適用于交流電。

上圖是帶有集成脈沖變壓器的 RJ45 插孔的內部示意圖，用于將 MCU 部分與輸出隔離。

功率級隔離

需要功率級隔離來 將低功率敏感設備與高功率噪聲線路隔離開來， 反之亦然。此外，功率級隔離 通過將高壓線路與操作員和系統(tǒng)的其他部分隔離開來，為危險線路電壓提供適當的安全性。

1.變壓器

流行的功率級隔離器又是一個變壓器。變壓器有很多 應用， 最常見的用途是從高壓源提供低壓。變壓器在初級和次級之間沒有連接，但可以將電壓從高壓交流電降壓到低壓交流電，而不會失去電流隔離。

上圖顯示了一個正在運行的降壓變壓器，其中初級側輸入連接到墻壁插座，次級連接到電阻負載。合適的 隔離變壓器具有 1:1 的匝數比 ，并且不會改變兩側的電壓或電流水平。隔離變壓器的唯一目的是提供隔離。

2. 繼電器

繼電器是一種流行的隔離器，在電子電氣領域有著巨大的應用。 根據應用的不同，電子市場上有許多不同 類型的繼電器可供選擇。流行的類型是電磁繼電器和固態(tài)繼電器。

電磁繼電器與通常稱為磁極的電磁和機械可移動部件一起工作。它包含一個電磁鐵，可以移動磁極并完成電路。當需要從低壓電路控制高壓電路時，繼電器會產生隔離，反之亦然。在這種情況下，兩個電路都是隔離的，但一個電路可以使繼電器通電以控制另一個電路。

在上圖中，兩個電路在電氣上相互獨立。但是通過使用電路 1 上的開關，用戶可以控制電路 2 上的負載狀態(tài)。了解有關 如何在電路中使用繼電器的更多信息。

固態(tài)繼電器和機電繼電器 在工作方面沒有太大 區(qū)別。固態(tài)繼電器的工作原理完全相同，但機電部分被光控二極管取代。由于固態(tài)繼電器的輸入和輸出之間沒有直接連接，可以建立電流隔離。

3. 霍爾效應傳感器

不用說，電流測量是電氣和電子工程的一部分。有不同 類型的電流檢測方法 可用。通常需要對高壓和高電流路徑進行測量，并且讀取的值必須發(fā)送到作為測量電路一部分的低壓電路。同樣從用戶的角度來看，侵入式測量是危險的并且不可能實施?；魻栃獋鞲衅魈峁?準確的非接觸式電流測量 ，并有助于以非侵入方式測量流過導體的電流。它提供適當的隔離并確保免受危險電力的影響?；魻栃獋鞲衅魇褂脤w上產生的電磁場來估計流過它的電流。

芯環(huán)以非侵入方式鉤在導體上，并且如上圖所示是電氣隔離的。

電容器作為隔離器

最不流行的隔離電路方法是使用 電容器。由于效率低下和危險的故障結果，這不再是首選，但仍然知道當您想要構建粗隔離器時它可能會派上用場。電容器阻擋直流并允許通過高頻交流信號。由于這種優(yōu)異的特性，電容器在需要阻斷兩個電路的直流電流但仍允許數據傳輸的設計中用作隔離器。

上圖顯示電容器用于隔離目的。發(fā)射器和接收器都是隔離的，但可以進行數據通信。

電流隔離 – 應用

電流隔離非常重要，應用非常廣泛。它是消費品以及工業(yè)、醫(yī)療和通信領域的重要參數。在 工業(yè)電子市場中，配電系統(tǒng)、發(fā)電機、測量系統(tǒng)、電機控制器、輸入輸出邏輯設備等都需要電流隔離。

在 醫(yī)療領域，隔離是設備的主要優(yōu)先事項之一，因為醫(yī)療設備可以直接與患者的身體相連。這樣的設備是心電圖、內窺鏡、除顫器、不同種類的成像設備。 消費級通信系統(tǒng) 也使用電流隔離。一個常見的例子是以太網、路由器、交換機、電話交換機等。普通消費品，如充電器、SMPS、計算機的邏輯板是最常見的使用電流隔離的產品。

電流隔離的實際示例

下面的電路是電隔離全雙工IC MAX14852 （500 kbps 通信速度）或 MAX14854 （25 Mbps 通信速度）在RS-485 通信線上與微控制器單元的典型應用電路。該 IC 由流行的半導體制造公司 Maxim Integrated 制造。

此示例是工業(yè)設備上電流隔離示例的最佳示例之一。RS-485是工業(yè)設備中廣泛使用的傳統(tǒng)通信協(xié)議。RS-485 的普遍用途是 在 TTL 段上使用MODBUS 協(xié)議。

假設高壓交流變壓器正在通過 RS-485 協(xié)議提供安裝在變壓器內部的傳感器數據。需要將 PLC 設備與 RS-485 端口連接以從變壓器收集數據。但問題在于直接通信線路。PLC 使用非常低的電壓電平，并且對高 ESD 或浪涌非常敏感。如果采用直接連接，PLC 可能存在高風險，需要進行電隔離。

這些 IC 對于保護 PLC 免受 ESD 或浪涌影響非常有用。

根據數據表，這兩款 IC 的 ESD 耐受能力為 +/- 35kV，最長 60 秒的隔離電壓耐受能力為 2.75kVrms。不僅如此，這些 IC 還確認了 445Vrms 工作隔離電壓，使其成為適用于工業(yè)自動化設備的隔離器。