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(多图) 数字电容隔离器的磁场抗扰度

Thomas Kugelstadt 德州仪器 (TI) 高级应用工程师?? 2012年03月29日 ?? 收藏0
数字电容隔离器的应用环境通常包括一些大型电动马达、发电机以及其他产生强电磁场的设备。暴露在这些磁场中,可引起潜在的数据损坏问题,因为电势(EMF, 即这些磁场形成的电压)会干扰数据信号传输。由于存在这种潜在威胁,因此许多数字隔离器用户都要求隔离器具备高磁场抗扰度 (MFI)。许多数字隔离器技术都声称具有高 MFI,但电容隔离器却因其设计和内部结构拥有几乎无穷大的 MFI。本文将对其设计进行详细的介绍。

基本物理定则

诸如电动机的电源线等带电导体,其周围便是一个由流经它的电流形成的磁场。应用右手定则(请参见图 1),我们很容易便可以确定该磁场的方向。该定则的内容如下:用右手握住导体,然后拇指指向电流的方向,这时环绕导体的手指便指向磁场的方向。因此,磁通线的平面始终与电流垂直。

图 1 显示了 DC 电流的磁通密度 B。就 AC 电流而言,将右手定则用于两个方向,磁场和 AC 电流都随同一个频率 f 而变化:B(f) ~ I(f)。磁场(或者更加精确的说法是磁通密度及其相应磁场强度)随导体中心轴距离的增加而减弱。这些关系可以表示为:

计算式
计算式

其中,B 为以第平方米伏秒 (V.s/m2) 表示的磁通密度,μ0 为自由空间中的磁导率(计算方法为 4π × 10–7 V.s/A.m),I 为以安培为单位的电流,r 为以米为单位的导体距离,而 H 为以安培每米 (A/m) 为单位的磁场强度。

图 1 右手定则
图 1 右手定则

磁场线穿过附近导体环路时,它们会产生一个 EMF,其强度大小取决于环路面积和通量密度及磁场频率:

计算式
计算式

EMF 为以伏特为单位的电势,f 为磁场频率,而 A 为以平方米 (m2) 为单位的环路面积。

所有隔离器都有一定形状或者形式的导电环路,以让磁场线穿过并产生 EMF。如果强度足够大,则这种叠加到信号电压上的 EMF 就会导致错误数据传输。实际上,一些隔离技术对电磁干扰非常敏感。为了理解电容隔离器为什么不受磁场的影响,我们需要对其内部结构进行研究。

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