信号隔离器口碑评价

低功耗是电子产品设计永无止境的追求，伴随技术的发展，目前隔离器和栅的功耗与过去相比，已经减小许多，性能和技术指标也得到提高。

产品的功耗是各个功能单元功耗的总和，只有降低各个功能单元的功耗才能使得总得功耗降低，增加产品的热稳定性和寿命。隔离器和栅由输入、输出、隔离、电源、等单元构成，其中单元是无源的限压限流网络，技术上进行低功耗改进的可能性非常小。主要在输入、输出、电源、隔离四个单元进行技术改进。

1、 输出单元模块的自适应负载技术

输出模块可以根据负载的大小动态调整输出模块的输出功率，从而减少自身的发热。传统的负载设计是根据额定负载的大小设计输出功率，当输出负载非常小时，多余的负载功率就耗散在仪表内部，从而时仪表自身发热。假设一台隔离器的输出负载设计为750欧姆，那么输出驱动功率一般设计为0.5W。如果在实际应用中此隔离器的负载使用在50欧姆的环境下，那么就有 0.5W – 0.02W = 0.48W的功率转换为仪表自身的发热。如果时多路输出将产生更多的热量，而降低输出模块的额定功率在实际应用中又难以应付市场的复杂状况。

自适应负载技术很好的解决了这个矛盾，此技术的原理图示如下：

下表是对比的测试数据:

测试条件：电源24DC；负载变化 50欧姆～750欧姆

输出模块类型 标准输出模块自适应负载输出模块

模块的耗散功率（50Ω） 320mW 10mW

模块的耗散功率（250Ω） 220mW 10mW

模块的耗散功率（500Ω） 120mW 10mW

模块的耗散功率（750Ω） 20mW 10mW

从上表可以看到：自适应负载技术使得模块的耗散功率是恒定在一个很低的水平，不会受到负载变化的影响。

负荷检测可以根据负载的大小调整输出功率，极大的减少了输出模块的发热，用户在定货时无须说明负载大小，极大的方便了用户的使用和缓解了库存压力。

2、 隔离单元模块的低功耗改进

隔离单元是决定产品技术指标的重要单元。

目前隔离技术主要有磁隔离与光隔离两大类。隔离电路形式有直接调制耦合，反馈调制耦合等多种形式，具体采用什么形式要根据产品的技术指标而定。 总的来讲可以大致分为开关量号采用光隔离，模拟量号采用磁隔离的方式。从技术复杂程度来看，磁隔离比光隔离处理技术复杂，采用磁隔离技术， 设计者可以根据技术指标采用合适的设计方案，隔离的线性、精度可以根据产品要求灵活控制。而光隔离的线性、精度只能依赖器件厂家提供的技术指标， 设计人员可以调整的方式很少，也不可能超过厂家提供的技术指标。由于功耗大，光电隔离也不能实现无源隔离。北京国电中自电气有限公司采用电流互感模式、电流互感反馈模式、 电压互感模式、电压互感反馈模式、电流互感功率补偿模式等多种磁隔离方式。根据产品的特点选择不同的磁隔离模式。

上述隔离模式中，电流互感功率补偿模式是功耗低的模式，目前在新一代的无源隔离栅中使用，在保证技术指标的同时，降低了隔离单元的功耗。

3、电源模块

电源的技术指标是基础，决定产品的性能。目前流行的电源拓扑形式虽然非常多，也很成熟。但我们在隔离器和栅的电源设计中进行了技术创新，目前采用的参数式开关稳压电源设计获得了的发明专利。根据隔离器和栅的特点，参数式开关稳压稳压电源了效率，降低了电源的复杂程度。从工艺和成本上得到改进，减少了产品的故障率。

三、无源隔离器和栅

传统的隔离器和栅均为有源，需要外接24V直流电源。而无源隔离器和栅不需要外接24V直流电源，接线数量减少了三分之一，降低了安装和维护难度。因此，无源隔离器和栅的应用越来越广泛，特别是在DCS和PLC系统的接口应用中，普遍采用无源隔离器和栅的设计模式

无源隔离器和栅的示意图：

无源隔离器和栅是指无须外接24V直流电源，其工作所需要的能量来源于表示号的4 ~ 20mA电流。因此，无源隔离器和栅的功耗必须非常小，是一种功耗的设计应用。更低的功耗和更高的输入、输出线性是衡量无源隔离器和栅的关键指标。

按3·1节要求,系统的工作波长越短,则测量的上限温度就越高;而按3·2节要求,系统的工作波长越长,则测量较低的高温时其温度分辨率就越高,因此二者之间必然有一个折衷。一般情况下,进入光路中的粉尘、水蒸汽以及其它一些选择性吸收气体如二氧化碳等,都会成为外界干扰而影响到仪器的测温精度。图5给出了在0·6~3·0μm内海平面300 m长度的路径上大气的透射光谱曲线[11]。结合图5,考虑到前面得出的结论和PIN硅光电二极管的小可探测光功率及后面关于测温精度的分析与讨论,本文取系统的工作波长λ1=0·8μm。

顺便提及,λ1=0·8μm既符合本仪器的测温下限T=600 K处的PIN硅光电二极管的小可探测光功率要求,又满足采用16位A/D转换器件时的二次仪表测温灵敏度的要求。进一步的研究还表明,它还能使发射率的测量精度达到优。

3·4 基于系统抗反射辐射能力的考虑与波长带宽的优化选择

探测器接收到的来自待测目标方向的红外辐射,由待测表面自身的辐射和待测表面对周围环境辐射的反射这两部分组成。为讨论上的方便,将待测表面的温度记为T0。其辐射出射度可写成

使用前面给出的参数值,利用式(1)及式(21),在T0=900 K、Ts=800 K的情况下作出的测温不确定度随波长带宽的变化曲线,如图6所示。

由图6显见,当Δλ≤20 nm时,Ts=800 K的背景辐射对测温精度几乎不产生什么影响(由背景辐射带来的测温不确定度仅为0·01%)。但当Δλ>20nm时,影响渐增。研究还表明,在更高温度的背景辐射下,产生可观测影响的波长带宽的起点值变小,且随着波长带宽的增加,这种影响变得更明显。结合本节的分析结果和探测器件的小可探测光功率要求,本文选择Δλ=20 nm作为系统的波长带宽。

3·5 测量精度

ελ的标准差极大地影响系统的测温标准差。由误差传递公式[10],容易导出ελ的标准差

显见,波长越短,系统的测温标准差就越小,这是本仪器采用近红外波长作为工作波长的重要原因之一。使用3·2节中给出的技术参数,以45#钢作为测量对象,并取γ1=0·75、β=0·60。在测量距离约1 m的情况下,所得P1、P2的相对测量不确定度的典型值为|ΔP1/P1|≈|ΔP2/P2|≈0·5%。由式(19)、式(20)容易算出σελ≈1·7×10-2;对900 K的待测表面而言,计算可得σT≈1·19 K;σTT≈1·32%,这是比较的。

4 结 论

 本文在研究探头的温度分辨率和仪器的相对温度灵敏度的基础上,结合光路中选择性吸收气体吸收影响的抑制以及考虑探测器的小可探测光功率,研究了仪器工作波长与波长带宽的选取。得出实际测温系统的波长及波长带宽分别为λ1=0·8μm、Δλ=20 nm时,系统的测温精度优于0·3%,其测温灵敏度也满足实际需要,实验结果见表1。

直流号隔离器 [1]  首先将变送器或仪表的号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原号，同时对隔离后号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的号、电源、地之间独立。

中文名 直流号隔离器 外文名 Dc signal isolator 类    别 隔离器 功    能 号、电源、地之间独立 中介设备 光感或磁感器 领    域 工程技术 学    科 电力工程