什么是隔離放大器

首先，我們來(lái)定義一下什么是隔離放大器。隔離放大器是一種使用高電磁抗擾隔離層將輸出和輸入電路隔離開(kāi)的特殊功能放大器。這種干擾也稱為EMI，是由外部源造成的，如果忽略，可導(dǎo)致信號(hào)鏈的性能降級(jí)，或?qū)е聰?shù)據(jù)出錯(cuò)。雖然可用于實(shí)現(xiàn)隔離的方法有多種，但是德州儀器（TI）采用了電容式隔離層。

隔離放大器的目的是，通過(guò)斷開(kāi)接地環(huán)路，在高電壓應(yīng)用中提供防電擊保護(hù)或者將電路中的不同部件或不同電路隔離開(kāi)。

那么，隔離式和非隔離式放大器之間有什么區(qū)別呢？讓我們來(lái)較為詳細(xì)地了解一下隔離放大器的功能方框圖。

與傳統(tǒng)的非隔離式放大器類(lèi)似，隔離放大器在輸入上有一個(gè)模擬信號(hào)，且在輸出上有一個(gè)模擬信號(hào)。隔離放大器的輸入級(jí)由驅(qū)動(dòng)Δ-Σ調(diào)制器的全差動(dòng)或單端輸入組成。放大器的增益是固定的且通過(guò)內(nèi)部精密電阻器設(shè)定。Δ-Σ調(diào)制器在時(shí)鐘生成器中使用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字比特流，然后使其傳輸穿過(guò)隔離層。比特流在隔離層的低側(cè)經(jīng)模擬濾波器處理后，會(huì)在輸出端呈現(xiàn)為差動(dòng)模擬電壓。

德州儀器（TI）的電容型隔離技術(shù)可提供兩種不同的隔離層，基本型和增強(qiáng)型。基本隔離通過(guò)單個(gè)電容隔離層實(shí)現(xiàn)，而增強(qiáng)型隔離則是通過(guò)兩個(gè)串連的電容隔離層實(shí)現(xiàn)。

為什么需要使用隔離放大器？

使用隔離放大器的一個(gè)常見(jiàn)原因是，為了斷開(kāi)接地環(huán)路。電氣裝置可以在兩個(gè)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)，接地1和接地2之間產(chǎn)生較大的接地電位差。這兩個(gè)接地之間的直接連接會(huì)最終形成一個(gè)接地環(huán)路。電機(jī)一類(lèi)的設(shè)備可以向地面注入較大的噪聲電流，從而產(chǎn)生在信號(hào)路徑中出現(xiàn)的接地環(huán)路電流。隔離放大器可消除來(lái)自接地環(huán)路的信號(hào)路徑噪聲，保護(hù)系統(tǒng)免受接地環(huán)路電位差的影響。

使用隔離放大器的第二個(gè)原因是提供高電壓防護(hù)。當(dāng)工業(yè)設(shè)備在數(shù)百伏的電壓下運(yùn)行時(shí)，隔離放大器可安全地承受能夠損壞設(shè)備或傷害人類(lèi)的高電壓浪涌。

這是隔離放大器的一些常見(jiàn)應(yīng)用示例，電流傳感和電壓傳感。TI提供了各種可實(shí)現(xiàn)分流式電流傳感的隔離放大器，其輸入范圍為正負(fù)50毫伏或正負(fù)250毫伏。隔離放大器的輸入電壓范圍根據(jù)所要測(cè)量的電流來(lái)確定分流電阻器的值。對(duì)于使用分壓的電壓傳感應(yīng)用，TI可提供輸入范圍高達(dá)正負(fù)12伏的隔離放大器。

選擇隔離放大器需要考慮的指標(biāo)

在選擇隔離放大器時(shí)，必須同時(shí)考慮放大器規(guī)格和隔離規(guī)格。

我們首先來(lái)介紹一下輸入失調(diào)電壓的定義。輸入失調(diào)電壓是為了使放大器的輸出為0伏而必須施加的差動(dòng)輸入電壓。失調(diào)電壓應(yīng)盡可能小，以便最大限度地減小放大器輸出上的誤差。請(qǐng)注意，輸入失調(diào)電壓會(huì)隨溫度的變化而變化，且該特性通過(guò)輸入溫漂來(lái)進(jìn)行量化。

其次是增益誤差，這是理想增益與測(cè)量增益之間的百分比差值。為了描述增益隨溫度的變化，我們使用了增益誤差漂移參數(shù)。

現(xiàn)在，我們將討論一些常見(jiàn)的隔離規(guī)格。

首先，我們將考慮隔離工作電壓，這是隔離放大器在整個(gè)使用壽命期間必須連續(xù)處理的最大電壓，以Vrms為單位。

接下來(lái)是隔離瞬態(tài)過(guò)壓，這是隔離放大器在電壓峰值狀態(tài)下可承受60秒的電壓。

最后，我們必須定義共模瞬態(tài)抗擾度，或者說(shuō)CMTI，它描述了隔離放大器在確保不出錯(cuò)的前提下可承受的最大變化率和接地電位差。