盟通科普向|贵重设备缺乏防护？电气隔离了解一下

 

前言

有很多客户在选择我们产品的时候可能会注意到，具有相同功能的两个模块。一个带有电气隔离另一个则没有。这两个差别看似不大，但是他们的价格相差的确实不小。这时候有的客户就会问，电气隔离究竟有什么用，会影响正常的设备功能吗？

 

这个问题的回答是这样的：没有电气隔离版本的设备没有保护，建议选用电气隔离的版本。但这时往往会让人理解成不具备电气隔离版本的模块是易损的，事实上并非如此。

 

电气隔离是什么？

要想知道这其中的缘由，必须先了解电气隔离是什么。

 

来自维基百科的解释如下：它是一种隔离电气系统功能部分以防止电流流动的原理，不允许有直接传导通路。能量或信息仍然可以通过其他方式在各部分之间交换，例如电容、电感、辐射、光学、声学或机械耦合。电气隔离也用于安全，防止意外触电。

 

特别要注意的是电气隔离英文“Electrical isolation”的含义与“Electrical insulation”并不相同，后者更偏向于我们通常意义理解的绝缘性。而前者“Electrical isolation”则是我们今天的主角。

 

通俗意义来说，为了将各级电路分开，而又要保证每一级的设备之间的信息和能量能够传递，以此为目的的措施我们可以认为是电气隔离。

 

为什么需要隔离？

隔离的目的通常出于三种，降低干扰、保护设备及保障人身安全。为什么我们的设备通常都会标明该设备是否具备了电气隔离？因为对于通讯设备而言，一个模块的抗干扰能力是非常重要的。而电气隔离的设计可以很好的消除干扰电位的影响。

 

例如，当传感器直接接驳在被测物品(例如电源)上，该物品在地面上具有电位(即大于0伏)，这可能会对信号施加直流偏移。电气干扰或噪声也可以采取由信号路径或测试周围环境中的其他电气元件产生的交流信号的形式。

 

而如果将传感器进行电气隔离后，即使被测物品相对于地面具有电位，由于没有通路可以将电势施加到隔离的电路上，即保证了传感器相对于地面的电势为0。这样得到的信号是没有收到干扰的正确的信号。

 

对于保护设备和保障人身安全来说，电气隔离也是同样重要的。一般情况下的电磁干扰只能算得上小风浪。真正的“洪水猛兽”才会对设备甚至人身产生威胁。它们通常能够产生几千伏特的高压，同时伴随着强电流，这也是我们的一些模块会有“高压电气隔离版本”分支。这需要特定的设备预防风险，隔离掉这些危害设备的电路，保护设备不受损、人员不受伤。

什么时候需要隔离？

讲了这么多，那么什么时候需要电气隔离，又该如何选择呢？

 

通常我们的CAN接口模块，出于通讯的目的，他们都设计了电气隔离，其目的主要是为了降低干扰。而干扰通常来自于设备的工作环境。

 

仅在一般办公场景下我们建议客户选用无电气隔离版本的型号，当您打算选用非隔离版本的设备控制成本的时候，尝试问自己几个问题：

 

• 附近有危险的高压吗? (外面有高压电线吗?发电机?)
• 是否有大型电机，涡轮机，焊接机，或任何机器使用大电流在同一建筑物或同一电网?
• 电力系统的接地电位是否波动或变化?
• 电力系统是否有过电流尖峰或瞬变现象?
• 是否直接对可能存在于不同电压电位的组件或结构进行非常毫伏级别的信号测量?例如逻辑分析仪或者示波器。

 

 

①如果以上的条件都不具备，那么很好，电气隔离不是必要的选择。

 

②如果具备了上述的条件，那么电气隔离就非常必要了，选择不带电气隔离的版本设备可能会导致除了本设备之外的后续与他同一回路的设备同时被烧毁。

 

这里回到开始的话题，例如IXXAT的USB to CAN V2模块电气隔离版本，面对超出模块规格的高压，不一定能够保护自身不会烧毁，但能够最大程度防止后续与他同一回路的设备不被烧毁。但就自身寿命和抗流能力来说，与不带电气隔离的USB to CAN V2区别不是很大。

 

③如果您的环境在上述的条件且程度非常严重，那么不仅仅要选择电气隔离版本的设备，还需要增加特定的模块来对您的整套电路做高强度的电气隔离。

 

例如：在汽车生产及测试车间的设备，经常面临着高压高磁的环境，且共地的电机可能会产生非常大的电势差（相对于地面）。这种情况可以用IXXAT的CR 110/FO或者CR210/FO来将CAN信号转换为光纤信号。模块本身的电气隔离高于一般的设备，且传输形式采用光纤不仅能够保护后续设备，还能够抗强磁场带来的干扰。

IXXAT CAN转光纤工作示例图

 

电气隔离的作用

对于电气隔离作用的最好解释其实就是：弃车保帅。我们在设计之初将各个电气部件模块化，从而保障某个设备或者说器件有电位的时候，不会影响到其他设备。

 

正如下图所示，如果在设计之初就将设备分为了6个模块，每个模块之间是隔离的。这样一来，当其中一个模块被外界干扰甚至损毁的时候，其他单元不会受到影响。

 

电气隔离设计（图片来自网络）

 

这其中最值得保护的部分就是Processor（处理器），因为它是功能最全面的，同时也是价格最贵的，放在整机系统中也是一样的。对于几十万的设备连接的都是带有电气隔离的设备。当风险来的时候这些设备能够抵御大部分的电流和电势，保护主帅安全。即使极端情况，模块烧毁了也不会导致主设备的损坏，而他们的价格就很低廉了。