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主动和被动隔离器

功能原理：

交流电压和交流电流可以使用变压器轻松传输和电隔离。变压器可靠，易于生产并且适用于高工作电压或隔离电压。

但是，它们不能传输直流电压信号。因此，首先使用电子斩波器将直流电压信号转换为交流电压。该交流电压通过变压器传输到次级电路，并与斩波器频率同步进行整流（见图3）。然后，如有必要，可以转换或放大生成的直流电压。

图3：具有基于变压器的隔离的隔离器的框图

VariTrans系列的现代可切换隔离放大器或新型6毫米级变送器用于基于不同原理的信号处理。输入信号被转换为具有恒定频率的矩形信号。矩形电压的占空比根据输入电压（脉宽调制，PWM）而变化。脉宽调制的矩形信号通过变压器以电隔离的方式传输到输出侧。使用低通滤波器将其重新转换为电压或电流（参见图4）。

图4：PWM原理：脉冲宽度调制

隔离放大器或发送器的传输比由微控制器控制。使用DIP和旋转编码器开关进行设置。由于这些开关未包含在放大器电路的负反馈中，而是仅开关数字信号，因此它们不携带电流，也不会引起任何接触电阻故障。

1.1外部供电的隔离放大器（有源隔离器）

隔离放大器是用于电流隔离测量信号的常用的设备类型。通常，它们不仅用作电位隔离器，而且还用作将电压或电流转换为标准的20 mA或10 V信号的变送器。当测量信号以1：1传输时，它们还用于增加信号负载能力。隔离放大器对输入信号的负载通常可以忽略不计。隔离放大器通常需要外部电源。可开关隔离放大器VariTrans P 27000和P 15000是典型示例。

单极性信号处理的隔离放大器

仅适用于传输单极性测量信号的隔离放大器可用于许多应用，例如用于处理标准0/4 ... 20 mA和0 ... 10 V信号。所有Knick单极隔离放大器的控制范围即使在零附近也能在负范围内扩展百分之几以实现精确传输（见图5）。

图5：有源单极隔离放大器的框图

用于双极性信号处理的隔离放大器

例如，当必须在两个旋转方向上测量电动机电流时，通常需要处理双极性测量信号。在测量距离时或为获得更好的测量信号分辨率时，也会处理双极性信号。Knick还提供不同类型的双极性隔离放大器，例如，用于双极性标准信号的VariTrans A 26000（见图6）。

图6：有源双极隔离放大器的框图

1.2环路供电的隔离器（无源隔离器）

施加的电流信号的电位隔离不一定需要有源隔离放大器。环路供电的隔离器通常也可以不受限制地使用。来自Knick的无源隔离器不需要电源，电源通过输入端子上的测量信号作为电压降提供电源。输入信号的负载能力因无源隔离器的电压要求而降低。

无源隔离器适合于单极性电流信号的1：1传输。在考虑输入信号负载能力和输出负载的情况下，应检查各自应用的适用性。

范例1：

在环路供电的隔离器输入端具有0 ... 20 mA信号的变送器可以支持10 V的大负载

（I in = 0 ... 20 mA，V in max  = 10 V）。环路供电的隔离器的压降V drop为2.5V。当V in = V drop +（I out ·R L）时，大输出负载为

R L max =（V in max -V drop）/ 20 mA = 375欧姆（见图7）。

图7：示例1的电路图

环路供电的隔离器不允许信号放大，并且没有反馈，即输出负载直接作用于输入信号。结果，当输出断开（无限电阻）时，电流不会在输入电路中流动（见图8）。

图8：开路输出的环路供电隔离器

到目前为止，通过将合适的齐纳二极管与隔离器输出并联连接来处理无法排除输出电路中断的情况。在这种情况下，当输出电路断开时，输入电流在输出端流过齐纳二极管（见图9）。在实践中，这种方法经常被证明是复杂且容易出错的。

图9：长距离传输测量信号

尼克通过Bürdenstop®（负载停止）功能解决了这个问题，从而大大扩展了环路供电的隔离器的应用范围。此处，在初级侧提供的电流与输出负载无关。这可以补偿输出端的任何过度负载增加，例如由线路中断或不稳定负载（包括复阻抗）引起的负载增加。无源IsoTrans M12-A200和IsoTrans A 20400隔离器可带和不带负载停止功能。当输出负载（例如，控制器的输入电阻）高达60Ω时，带负载停止功能的无源隔离器是解决方案（见图10）。

图10：带负载停止的传递函数

无源Knick隔离器所需的工作电流非常低。大约是 2 µA至150 µA（取决于型号），不会出现额外的传输错误。无源隔离器由于其易于安装而无需附加电源线而特别具有优势。所有外壳版本均提供环路供电的隔离器。