隔離信號(hào)轉(zhuǎn)換器是一種用于電氣信號(hào)隔離、轉(zhuǎn)換的裝置。它可以將電氣信號(hào)從一個(gè)電路隔離并轉(zhuǎn)換為另一個(gè)電路的信號(hào)，同時(shí)利用絕緣材料或磁性環(huán)來提高這兩個(gè)電路之間的隔離度。其工作原理基于變壓器的自感耦合機(jī)制和串聯(lián)電容機(jī)制。在傳輸電源端，通過變壓器對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)換出的信號(hào)可以被串聯(lián)電容單元削弱系數(shù)，同時(shí)根據(jù)之后一個(gè)樣品率低通濾波器進(jìn)行抗噪聲和干擾處理，最終得到帶有高阻抗與隔離性質(zhì)的信號(hào)輸出端。
隔離信號(hào)轉(zhuǎn)換器其組成部分可分為信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、隔離模塊、電源模塊及輔助電路四大類，具體如下：
一、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊：實(shí)現(xiàn)信號(hào)類型/量程轉(zhuǎn)換
這是轉(zhuǎn)換器的“信號(hào)處理核心”，負(fù)責(zé)將輸入信號(hào)（如傳感器輸出的微弱信號(hào)、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)）轉(zhuǎn)換為目標(biāo)輸出信號(hào)（如標(biāo)準(zhǔn)化的4-20mA、0-10V等），主要包括：
輸入調(diào)理電路：
對(duì)原始輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，如濾波（去除高頻噪聲）、放大（將微弱信號(hào)放大至可處理范圍）、衰減（對(duì)高電壓/大電流信號(hào)降壓/限流）、線性化（修正傳感器的非線性特性）等。例如，將熱電偶輸出的mV級(jí)信號(hào)放大為V級(jí)信號(hào)，或?qū)γ}沖信號(hào)進(jìn)行整形。
轉(zhuǎn)換電路：
通過模擬電路（如運(yùn)算放大器、精密電阻網(wǎng)絡(luò)）或數(shù)字電路（如A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器）實(shí)現(xiàn)信號(hào)類型轉(zhuǎn)換。
模擬轉(zhuǎn)換：適用于直流信號(hào)（如0-5V轉(zhuǎn)4-20mA），通過電阻、電容等元件構(gòu)成比例放大電路，直接調(diào)整信號(hào)的幅值和類型；
數(shù)字轉(zhuǎn)換：先將模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為數(shù)字量，經(jīng)微處理器（MCU）處理后，再通過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為目標(biāo)模擬信號(hào)，精度更高，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜轉(zhuǎn)換邏輯（如非線性校正、量程切換）。
二、隔離模塊：實(shí)現(xiàn)電氣隔離與抗干擾
這是“隔離”功能的核心，通過物理隔離技術(shù)（如光電、電磁、電容）切斷輸入、輸出、電源三者之間的電氣連接，防止接地環(huán)路、共模干擾或高壓串入，主要包括：
隔離元件：
光電耦合器：利用光信號(hào)傳遞信息，輸入側(cè)的發(fā)光二極管（LED）將電信號(hào)轉(zhuǎn)為光信號(hào)，輸出側(cè)的光敏三極管/二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)回電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電氣隔離（隔離電壓通常數(shù)千伏），適用于低頻信號(hào)（如直流、低速脈沖）。
電磁隔離器（磁耦）：基于變壓器原理，輸入信號(hào)經(jīng)調(diào)制后通過高頻磁場(chǎng)耦合到次級(jí)，再解調(diào)為電信號(hào)，隔離性能更強(qiáng)（隔離電壓可達(dá)數(shù)萬伏），適用于高頻信號(hào)或大動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)（如高速數(shù)據(jù)、寬量程電流）。
電容隔離器：通過電容極板間的電場(chǎng)耦合傳遞信號(hào)，體積小、速度快，適用于高速數(shù)字信號(hào)或小型化設(shè)備。
隔離屏障：
除隔離元件外，模塊內(nèi)部通過絕緣材料（如陶瓷、環(huán)氧樹脂）和空間布局（如分隔布線、接地隔離）強(qiáng)化隔離效果，確保輸入、輸出、電源回路之間的絕緣電阻≥10¹²Ω，滿足工業(yè)級(jí)隔離耐壓標(biāo)準(zhǔn)（如2.5kVrms、5kVrms）。
三、電源模塊：提供隔離供電
為保證隔離效果，輸入側(cè)、輸出側(cè)及內(nèi)部電路需獨(dú)立供電，避免通過電源回路形成電氣連接，因此隔離信號(hào)轉(zhuǎn)換器通常內(nèi)置隔離電源，主要包括：
直流-直流（DC-DC）隔離電源：
將外部輸入電源（如24V DC、12V DC）轉(zhuǎn)換為多路隔離的直流電源，分別為輸入調(diào)理電路、隔離模塊、輸出轉(zhuǎn)換電路供電。其核心是通過高頻變壓器實(shí)現(xiàn)原邊與副邊的電氣隔離，與信號(hào)隔離模塊配合，形成“信號(hào)-電源”雙重隔離。
保護(hù)電路：
包含過壓保護(hù)（如TVS二極管）、過流保護(hù)（如保險(xiǎn)絲、限流電阻）、反接保護(hù)（如二極管整流橋），防止外部電源異常（如電壓波動(dòng)、反接）損壞內(nèi)部電路。
四、輔助電路：保障穩(wěn)定運(yùn)行與功能擴(kuò)展
濾波電路：
包括輸入濾波（如RC低通濾波）和輸出濾波（如LC濾波），進(jìn)一步抑制電磁干擾（EMI）和射頻干擾（RFI），確保輸出信號(hào)的穩(wěn)定性（如紋波≤1%）。
指示電路：
通過LED指示燈顯示設(shè)備工作狀態(tài)（如電源通斷、信號(hào)正常傳輸），方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試與故障排查。
外殼與接口：
金屬或塑料外殼提供機(jī)械保護(hù)和電磁屏蔽（減少外部磁場(chǎng)干擾）；輸入/輸出接口通常為端子排、航空插頭等，適配工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的接線需求（如螺釘固定、防松動(dòng)設(shè)計(jì)）。
