有源電流隔離器和無源電流隔離器的區(qū)別

有源電流隔離器和無源電流隔離器的核心區(qū)別在于是否需要外部電源為隔離電路本身供電，這直接導(dǎo)致了它們?cè)谛阅?、?yīng)用和成本上的巨大差異。

下面我將從多個(gè)維度詳細(xì)解釋它們的區(qū)別。

核心區(qū)別一覽表

詳細(xì)說明

1. 無源電流隔離器

無源隔離器就像一個(gè)“能量轉(zhuǎn)換器"，它不放大信號(hào)，也不添加任何能量。它只是將輸入信號(hào)的能量以一種隔離的形式傳遞到輸出端。

• 工作原理：

• 磁電式（常見于4-20mA隔離）：輸入電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)在輸出端感應(yīng)出相應(yīng)的電流。這類似于一個(gè)微型的電流互感器。它依賴輸入信號(hào)本身的能量來建立磁場(chǎng)。

• 光電式（光耦）：輸入電流驅(qū)動(dòng)一個(gè)發(fā)光二極管（LED），LED發(fā)出的光被另一端的光敏晶體管接收并產(chǎn)生輸出電流。能量來自輸入信號(hào)。

• 優(yōu)點(diǎn)：

• 簡(jiǎn)單可靠：沒有有源器件，壽命長，可靠性高。

• 無需供電：接線簡(jiǎn)單，特別適合在防爆區(qū)域或無法提供額外電源的場(chǎng)合使用。

• 高隔離強(qiáng)度：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更容易實(shí)現(xiàn)隔離電壓。

• 成本低。

• 缺點(diǎn)：

• 精度有限：輸出信號(hào)會(huì)受到輸入信號(hào)強(qiáng)弱、環(huán)境溫度等因素的影響。例如，磁電式隔離器在小信號(hào)時(shí)非線性誤差較大。

• 無信號(hào)處理能力：不能放大、縮小或轉(zhuǎn)換信號(hào)。如果輸入是4-20mA，輸出通常也只能是4-20mA。

• 存在負(fù)載效應(yīng)：無源器件通常有輸入和輸出阻抗要求，如果匹配不好，會(huì)影響系統(tǒng)回路的其他部分。

2. 有源電流隔離器

有源隔離器更像一個(gè)“隔離的智能放大器"。它需要外部供電，內(nèi)部的電子電路可以對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行讀取、處理，然后通過隔離屏障（如光耦或磁耦合）將處理后的信號(hào)傳輸過去，最后再驅(qū)動(dòng)輸出。

• 工作原理：

1. 輸入電路：由外部電源供電，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣和調(diào)理（如放大、濾波）。

2. 隔離屏障：將調(diào)理好的信號(hào)調(diào)制（轉(zhuǎn)換成高頻信號(hào)）后，通過變壓器或光耦耦合到隔離的另一側(cè)。

3. 輸出電路：同樣由外部電源供電，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，還原成原始信號(hào)，并經(jīng)過功率放大后驅(qū)動(dòng)輸出。

• 優(yōu)點(diǎn)：

• 信號(hào)轉(zhuǎn)換：如4-20mA轉(zhuǎn)0-5V/0-10V、mV信號(hào)轉(zhuǎn)電流等。

• 信號(hào)分配：一進(jìn)二出（例如，一路4-20mA輸入，隔離輸出兩路獨(dú)立的4-20mA）。

• 報(bào)警和控制：內(nèi)置比較器電路，可實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。

• 線性化：對(duì)熱電偶等非線性信號(hào)進(jìn)行線性化處理。

• 高精度和高線性度：由于信號(hào)被主動(dòng)放大和調(diào)理，不受輸入信號(hào)強(qiáng)弱的影響，精度非常高。

• 強(qiáng)大的信號(hào)處理能力：是其亮點(diǎn)。可以實(shí)現(xiàn)：

• 低負(fù)載效應(yīng)：輸入和輸出阻抗經(jīng)過優(yōu)化，對(duì)前后端設(shè)備影響很小。

• 缺點(diǎn)：

• 需要外部供電：必須提供工作電源（通常是DC24V），增加了接線復(fù)雜性。

• 成本更高。

• 理論上可靠性略低于無源器件（因?yàn)樵啵?，但在工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)下依然非?？煽?。

如何選擇？

• 選擇無源電流隔離器，如果：

• 你的預(yù)算非常有限。

• 現(xiàn)場(chǎng)無法提供額外的電源。

• 只需要簡(jiǎn)單的信號(hào)隔離，對(duì)精度要求不高（例如，僅用于顯示，而非控制）。

• 信號(hào)本身很強(qiáng)勁，足以驅(qū)動(dòng)隔離器。

• 選擇有源電流隔離器，如果：

• 對(duì)測(cè)量和控制的精度有高要求。

• 需要進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換（如電流轉(zhuǎn)電壓）。

• 需要信號(hào)分配（一進(jìn)多出）。

• 系統(tǒng)需要額外的報(bào)警或控制功能。

• 現(xiàn)場(chǎng)的傳感器信號(hào)非常微弱（如熱電偶）。

總而言之，無源隔離器是一個(gè)“通道"，而有源隔離器是一個(gè)“工作站"。后者因其強(qiáng)大的功能和優(yōu)異的性能，已成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的主流選擇。