电位传送器（信号隔离器）工作原理

2025-05-15ASPCMS社区 - fjmyhfvclm

️一、信号隔离器的隔离原理分类

根据隔离技术的不同，信号隔离器可分为以下三类：

️电磁感应式（变压器隔离）

️原理：通过高频变压器将输入信号（如电流/电压）调制为高频载波信号，经隔离变压器传输至次级线圈，再解调还原为原始信号。

️特点：隔离电压高（数千伏）、抗干扰能力强，但带宽受限，适用于工频或低频信号（如4-20mA、0-10V）。

️应用：工业现场的电流/电压信号隔离传输。

️光电耦合式（光耦隔离）

️原理：输入信号驱动发光二极管（LED）发光，光敏器件（如光敏三极管）接收光信号并转换为电信号，实现电气隔离。

️特点：隔离速度快（ns级）、体积小，但隔离电压较低（通常<5kV），适用于高速数字信号或小信号隔离。

️应用：PLC输入/输出模块、传感器信号隔离。

️电容耦合式

️原理：利用电容的隔直通交特性，通过高频载波信号耦合实现隔离，再解调还原信号。

️特点：隔离电压高、响应速度快，但易受寄生电容影响，需优化电路设计。

️应用：高频信号隔离、精密测量系统。

️二、信号隔离器的典型结构

以️电磁感应式信号隔离器为例，其典型结构如下：

️输入调理电路

将输入信号（如4-20mA）转换为适合调制的电压信号，并进行滤波、限幅等处理。

️调制与隔离电路

️调制：将输入信号与高频载波（如100kHz）混合，生成高频调制信号。

️隔离：通过高频变压器传输调制信号，实现输入与输出的电气隔离。

️解调与输出电路

️解调：从隔离后的高频信号中提取原始信号，并转换为标准输出（如4-20mA）。

️输出驱动：增强信号驱动能力，确保长距离传输时的稳定性。

️电源隔离电路

通过DC-DC隔离电源模块为输入/输出侧供电，避免电源侧干扰影响信号质量。

️三、信号隔离器的关键作用

️消除地环路干扰

️问题：在多点接地系统中，不同地电位差会导致电流在地线中流动，形成地环路干扰，引起信号失真或设备损坏。

️解决方案：信号隔离器切断地环路路径，使输入/输出侧共地但电气隔离，消除干扰源。

️保护设备安全

️隔离高压/危险信号：在高压设备与低压控制系统之间形成屏障，防止高压信号损坏低压设备。

️防雷击与过压保护：通过隔离变压器或光耦的耐压特性，吸收瞬态过电压，保护后端设备。

️提升信号传输稳定性

️抗电磁干扰（EMI）：隔离技术可阻断电磁辐射对信号的干扰，尤其适用于工业现场的强电磁环境。