電磁兼容中的隔離技術(shù)
2.3.4 變壓器存在漏磁
變壓器的漏磁易對變壓器附近的元器件和導(dǎo)線形成干擾,為此,在選用變壓器作隔離時,應(yīng)當(dāng)選擇漏磁小的變壓器,否則,應(yīng)對變壓器加強(qiáng)磁場屏蔽。
2.3.5 變壓器原、副邊間存在寄生電容
由于電源變壓器原、副邊間存在寄生電容,進(jìn)入電源變壓器原邊的高頻干擾能通過寄生電容耦合到的副邊。而在電源變壓器原、副邊間增加靜電屏蔽后,該屏蔽與繞組間形成新的分布電容,當(dāng)將屏蔽接地后,可以將高頻干擾通過這一新的分布電容引回地,而起到抗電磁干擾的作用。
2.3.6 幾個繞組之間以及對地的絕緣強(qiáng)度
繞組之間以及對地的絕緣強(qiáng)度取決于需要隔離的耐壓水平。該耐壓水平包括工作電壓、電壓波動、可能的瞬態(tài)過電壓以及為可靠工作而留有的余量。
2.3.7 工作頻率
工作頻率不僅對變壓器的鐵心損耗產(chǎn)生影響,而且變壓器的阻抗與頻率密切相關(guān)。比如:電感L的阻抗與頻率成正比,而電容C的阻抗與頻率成反比。
由于磁電隔離是通過變壓器而實(shí)現(xiàn)的,當(dāng)變壓器繞組間寄生電容較大時,應(yīng)當(dāng)與屏蔽和接地技術(shù)相配合。
2.4 變壓器的種類和應(yīng)用
2.4.1 普通變壓器
普通變壓器在工頻場合只作為一般電源變壓器用,將某一等級的電壓和電流轉(zhuǎn)變成另一等級的電壓和電流,由于沒有采用任何特殊措施,對高頻的電路隔離效果較差。
2.4.2 隔離變壓器
由于普通變壓器繞組間的寄生電容較大(未加屏蔽層為nF級,加屏蔽為pF級),為了提高對高頻干擾的隔離效果,可以在普通變壓器繞組間增加一層屏蔽,并將該層屏蔽接地(接地線的長度應(yīng)盡量短,否則因接地線的阻抗分壓而使對干擾的衰減變差)而成為隔離變壓器。圖1為典型單屏蔽層隔離變壓器的對干擾的衰減。
圖1 單 屏 蔽 層 隔 離 變 壓 器 的 典 型 對 干 擾 的 衰 減 能 力
如果在上述基礎(chǔ)上,再對變壓器的每個繞組都分別增加一層屏蔽,并將各繞組的屏蔽分別接到各繞組的低電位上,其隔離效果會更好。
2.4.3 脈沖變壓器
在電力電子設(shè)備中,脈沖變壓器多用于晶閘管觸發(fā)電路、間歇振蕩器和脈沖放大器的級間耦合。脈沖變壓器的主要參數(shù)為有效脈沖導(dǎo)磁率、起始導(dǎo)磁率、漏感、分布電容以及匝比等。
2.4.4 測量變壓器
一般測量用的變壓器是指電壓互感器和電流互感器。電壓互感器或電流互感器將強(qiáng)電的電壓或電流隔離并轉(zhuǎn)換為弱電的電壓或電流。測量變壓器的主要參數(shù)為絕緣電壓、電壓(或電流)的轉(zhuǎn)換比及其精度等。
2.5 霍爾傳感器
霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)進(jìn)行電磁測量的器件,由于磁場的介入而實(shí)現(xiàn)電的隔離?;魻杺鞲衅骶哂芯雀?、線性度好、動態(tài)性能好、頻率響應(yīng)寬和壽命長等優(yōu)點(diǎn)。
3 光電隔離技術(shù)
3.1 光電耦合器
光電隔離采用光電耦合器來實(shí)現(xiàn),即通過半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)的光發(fā)射和光敏半導(dǎo)體(光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等)的光接收,來實(shí)現(xiàn)信號的傳遞。由于發(fā)光二極管和光敏半導(dǎo)體是互相絕緣的,從而實(shí)現(xiàn)了電路的隔離。
當(dāng)給發(fā)光二極管加以正向電壓時,由于空間電荷區(qū)勢壘下降,P區(qū)空穴注入到N區(qū),產(chǎn)生電子與空穴的復(fù)合,復(fù)合時放出大部分為光形式的能量。給發(fā)光二極管加的正向電壓越高,復(fù)合時放出的光通量越大。當(dāng)然,給發(fā)光二極管加的正向電壓受其最大允許電流的限制。
當(dāng)光敏半導(dǎo)體,比如光敏二極管,受到光照射時,在PN結(jié)附近產(chǎn)生的光生電子-空穴對在PN結(jié)的內(nèi)電場作用下形成光電流。光的照度越強(qiáng),光電流就越大。當(dāng)光敏半導(dǎo)體沒受到光照射時,只有很小的暗電流。
3.2 光電耦合器的特性
光電耦合器的特性是用發(fā)光二極管的輸入電流和光敏半導(dǎo)體的輸出電流的函數(shù)關(guān)系來表示的,如圖2所示。
圖2 光 電 耦 合 器 的 特 性 曲 線
從光電耦合器的特性曲線可以看出,光電耦合器的線性度較差,可以利用反饋技術(shù)進(jìn)行校正。
3.3 光電耦合器的應(yīng)用
由于光電耦合器的輸入阻抗與一般干擾源的阻抗相比較小,因此分壓在光電耦合器的輸入端的干擾電壓較小,它所能提供的電流并不大,不易使半導(dǎo)體二極管發(fā)光;由于光電耦合器的外殼是密封的,它不受外部光的影響;光電耦合器的隔離電阻很大(約1012Ω)、隔離電容很?。s幾個pF)所以能阻止電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。光電耦合器的隔離阻抗隨著頻率的提高而降低,抗干擾效果也將降低。
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