光电隔离器的原理及作用（隔离控制变压器的作用讲解）

在一些恶劣的高电压、高功率工作环境中应用传感器传输信号，需要使用隔离器使电压信号在传感器和控制器之间传递而不受共模电压的影响，确保信号完整。还有一个关键原因是，现实中一些电信基础设施需要高速地传输数据及信号，会涉及高功率，使用隔离器可以令系统得到保护。电流隔离是电气系统中的一种隔离技术。在传感器和其他电子设备之间提供电流隔离，可以防止直流或不受控制的瞬态电流影响。电流隔离屏障有三种常见技术——光电隔离、磁隔离和电容式隔离。虽然这三种技术隔离屏障的介质有所不同，但最终目标都是相同的。

1.光电隔离：成熟易用的技术
光电隔离是三种技术中使用最早的，并且易于使用。

光电隔离原理

然而光耦一般数据传输速率较低（因为LED需要时间开启），并且有较高的功耗，同时器件的性能表现会随着使用时间增加而降低。此外，由于发光二极管的物理尺寸限制，光隔离器的尺寸难以减小。相对于光隔离，磁隔离和电容式隔离都是以数字方式通过屏障传输数据。

2.磁隔离：速率高而磁场抗扰度弱
磁耦是基于磁隔离技术的隔离器件，也称为磁隔离器。

磁隔离工作原理

我们会发现，有些磁耦可以以高达100Mbps速度的脉冲电流通过隔离屏障，但是要留意的是，磁耦的功耗会随着数据速率增加而增加。它对电磁干扰也很敏感，而在HVAC系统和涉及电机的工厂自动化环境中的磁场是很大。采用磁隔离的芯片如：Adum1201。

3.电容式隔离：更好的解决方案
与磁隔离一样，电容式隔离具有用于编码和解码输入AC信号的数字电路(如下图)，利用可变的电场在隔离屏障中传输信息。

电容隔离工作原理

电容式隔离器无法传递直流信号，因此它们本身就是一个很好的隔离器。电容式隔离器不易受磁场噪声影响，而仍然保持高数据速率和低功耗。可见使用电容式隔离的好处是信号传输方面更有效率，对磁场有更好的抗扰度。采用电容隔离的芯片如：ISO72系列。

隔离方式

光耦是采用光-电-光的传输方式来进行信号的传输

磁耦是通过磁场进行能量传递将信号进行隔离传输

容耦是采用高频信号调制解调将输入信号通过电容隔离之后传输出去

三种隔离方式对比

优劣势分析

光耦的优点是信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。光耦的不足之处主要体现在速度限制、功耗高以及LED老化上

磁耦的优点是速度最高可达150MBps，功耗低至传统光耦的十分之一，体积小，应用方便，可靠性高，寿命长等。磁耦的不足之处在于集成的变压器本身是一个辐射源，存在EMI干扰性问题。

容耦的优点在于通讯速率高，信号传输延时时间短，寿命长，具有很好的抗EMI干扰能力，信号具有很好的跟随特性等。容耦的不足之处在于低频特性差，不能放大变化缓慢的信号，而且在集成电路中制造大容量的电容很困难，因此容耦不便于集成化。