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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行整流（見圖3）。然后，如有必要，可以轉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（脈寬調制，PWM）而變化。脈寬調制的矩形信號通過變壓器以電隔離的方式傳輸?shù)捷敵鰝?。使用低通濾波器將其重新轉換為電壓或電流（參見圖4）。

圖4：PWM原理：脈沖寬度調制

隔離放大器或發(fā)送器的傳輸比由微控制器控制。使用DIP和旋轉編碼器開關進行設置。由于這些開關未包含在放大器電路的負反饋中，而是僅開關數(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換為標準的20 mA或10 V信號的變送器。當測量信號以1：1傳輸時，它們還用于增加信號負載能力。隔離放大器對輸入信號的負載通?？梢院雎圆挥?。隔離放大器通常需要外部電源?？砷_關隔離放大器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用，例如用于處理標準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范圍內擴展百分之幾以實現(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，當必須在兩個旋轉方向上測量電動機電流時，通常需要處理雙極性測量信號。在測量距離時或為獲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，用于雙極性標準信號的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。在考慮輸入信號負載能力和輸出負載的情況下，應檢查各自應用的適用性。

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V in = V drop +（I out ·R L）時，大輸出負載為

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，即輸出負載直接作用于輸入信號。結果，當輸出斷開（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）。在實踐中，這種方法經(jīng)常被證明是復雜且容易出錯的。

圖9：長距離傳輸測量信號

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

圖10：帶負載停止的傳遞函數(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。