工业流程，例如仓库物流、灌装厂、轧机、传送带和印刷机，通常需要选择以下元件来实现无干扰或无故障运行：
　　隔离放大器、模数转换器
　　数字电路的隔离
　　接口/总线隔离
　　RS232、RS485、CAN、Interbus、Profibus - 测量和数据采集

　　所有这些应用都有一个共同点：电源电压与总线电压隔离。为什么要将电源与总线或开关组件进行电隔离？电流隔离可防止电源电压的瞬态干扰传播到总线并扰乱其运行。图 1 显示了仓储物流的一个应用示例。

　　图 1. 典型工业应用：仓库物流系统示例。图片由博多电力系统提供
　　高效率微模块
　　作为隔离式 DC/DC 转换器，具有电流隔离功能的电源模块为仓库物流示例中的模数转换器 (ADC) 提供可靠的电源（图 1）。更准确地说，它是 FIMM 系列（固定隔离微模块）的隔离微模块 1769205132，它将隔离电源模块的特性与我们经典微模块的特性相结合。通过使用小芯片SIP技术，可以将尺寸减小80%%，从而形成尺寸为9x7x3.1 3mm 3的模块。与标准 SMT-8 电源模块（9x7 mm 2与 13.2x12.2 mm 2 ）相比，电路板空间要求减少了 50% 以上。

　　MagI3C 电源模块 1769205132 基于全桥拓扑。该模块集成了开关功率级、控制电路、整流二极管、输入和输出电容器以及变压器（图 2）。由于从输出到输入没有反馈路径，因此占空比固定为 50%，并且与负载无关。输出电压不受调节，由变压器匝数比决定。在 T A =100°C的环境温度下可提供 1 W 的输出功率，而无需任何输出电流降额。由于设计原因，原边和副边之间的寄生耦合电容的典型值为 8 pF。它的效率高达 91%，是伍尔特电子完整隔离电源模块产品组合中的“同类”。

　　图 2.  FIMM 系列隔离微模块 1769205132 的结构。它由半导体IC、整流二极管、输入和输出电容器以及变压器组成。图片由博多电力系统提供

　　电流隔离 DC/DC 转换器专门设计用于在分布式电源系统中实现电压隔离。 FIMM模块特别适合对电源干扰敏感的应用，例如模拟低频电路和继电器控制电路。原边和副边之间的低寄生电容确保了高频干扰的高度去耦。此外，这种低寄生电容减轻了从转换器的初级开关侧到次级侧的共模干扰传播。

　　图 3. 使用解耦双电压电源的传感器应用示例（红板）。图片由博多电力系统提供 
　　供应敏感传感器
　　测量和数据采集等应用通常使用 ADC 构建，将温度值或电流等模拟测量值转换为数字量。为了采集正负测量信号，需要双电压电源。通常，此类应用中使用 ±5 V 电源。
　　ADC 可以提供的分辨率（即它有效提供的位数）取决于电源电压的噪声分量等。
　　图 3 中应用中的红色电路板从 5V 输入电压生成 ±5V 的电流隔离双电压。
　　该电路的特点是：
　　输出端残余纹波极低
　　输入和输出之间的宽带解耦
　　双电压电源主要由四个不同的功能块组成（图 4）：
　　1）输入保护电路：该保护电路集成了反接保护和电压瞬变保护。
　　2)输入滤波器：滤波器级衰减传导干扰电平。 DC/DC转换器在电源方向上的开关操作所产生的谐波的幅度被减小。另一方面，干扰可以通过电源到达电源模块，并被滤波器衰减。
　　3)电源模块本身：电源模块转换电压并在输入和输出之间提供电流隔离。

　　4）输出滤波器：电源模块提供的电流是直流电流与交流分量的叠加。交流分量是通过滤波器降低幅度的部分，以便为要供电的应用（例如 ADC）提供“干净”的直流电压。

　　图4. 解耦双电压电源（图3中的红板）包括输入侧保护电路、输入侧滤波器、电源模块（FIMM）和输出侧滤波器。图片由博多电力系统提供  [PDF]
　　输入保护电路
　　输入侧的保护电路采用两级设计（图4左）。
　　二极管 D1 完成两项任务。它可以保护输入免受负瞬态干扰，并防止极性反接时损坏电源模块的输入。凭借 0.3 V @ 0.3 A 的正向电压，它将电压钳位到低于电源模块指定的工作值的值。
　　二极管 D2 保护电路免受正电压瞬变的影响。当从阴极到阳极出现 6 至 9V 的正电压瞬变时，二极管 D2 导通。有效钳位电压通常为 5.7V，因此在电源模块的额定值范围内。
　　输入滤波器
　　该电源模块的工作典型内部开关频率为 300 kHz。上游电源的开关频率通常为 50 至 500 kHz。这导致滤波器组合在大约 100 kHz 时具有大约 50 至 75 dB 的衰减，以滤除瞬态干扰。

　　C1、L1和C2的组合形成π滤波器结构。选择各个滤波器组件的值的目的是提供从 100 kHz 开始大约 50 dB 的插入损耗。

　　图5所示为级滤波器的插入损耗曲线。此处可以清楚地看出，从 50 kHz 开始，可实现约 80 dB 的衰减。
　　计算/模拟可以使用 RedExpert [1] 中的滤波器设计器进行。该工具使用基于测量的组件的真实属性进行计算。这样，模拟结果与真实组件更好地对应。插入损耗的计算是在源阻抗和负载阻抗均为 50 Ω 的情况下进行的。在实践中实现高插入损耗的关键是射频兼容设计，以避免组件之间的耦合。

　　图 5.  RedExpert 中模拟的滤波器级插入损耗图。可以清楚地看到，从 50 kHz 开始，实现了大约 80 dB 的衰减。图片由博多电力系统提供  [PDF]

　　图 6 和图 7 显示了滤波器输入和输出处纹波电压的实际测量值。这里使用带宽限制设置为 20 MHz 的 10:1 探头测量纹波电压。

　　由于只有 10 mV PP，电源模块输出的交流分量已经非常低。相比之下，上游电源单元引入的交流分量要高出很多倍，典型值为 50 至 150 mV PP。因此，电源模块“馈送到”直流母线的部分可以忽略不计。

　　图 7 非常清楚地显示了 π 滤波器的效果。交流分量衰减至小于5 mV PP的值。如果我们现在从总线电压的角度来看滤波器，即从上游电源单元作为电源进入电源模块，我们可以预期对交流分量产生相同的影响，因为 π 滤波器是对称的建造的。
　　图 6. 电源模块输入端的纹波电压。纹波电压是使用 10:1 探头测量的，带宽限制设置为 20 MHz。图片由博多电力系统提供  [PDF]
　　输出滤波器
　　由于其工作原理，DC/DC 转换器的输出电压不能像线性稳压器那样提供纯直流电压。它实际上是直流电压与叠加交流分量的组合。交流分量在数据表中指定为“输出电压纹波和噪声”值（以 mV PP为单位） ，表示输出电压的峰峰值幅度。 ADC 电路在这里很敏感，因为它们只能在来自电源的小干扰信号的情况下才能工作，而该干扰信号必须低于 ADC 的分辨率。
　　右图4所示电路是一个滤波器，用于降低FIMM输出侧的干扰电压。线性双端口滤波器由耦合电感、绕组 L2a/L2b 以及电容器 C3 和 C4 构成。
　　绕组 L2a 将直流分量传导至负载（类似于“平滑扼流圈”），而交流分量则通过绕组 L2b 和电容器 C4 流向地面。电容器 C4 的阻抗行为导致其将高频分量放电到地面。
　　两个绕组之间的磁耦合，即负反馈电感，用耦合系数k描述，对于滤波器功能至关重要。
　　由于耦合电感的两个绕组的绕组方向，流过绕组L2b的电流的AC部分被转移到绕组L2a。然后，电流的交流部分叠加在直流（AC）电流上，从而在负载电流中抵消交流部分，并通过磁耦合进行补偿，从而减少。
　　图 7.  π 滤波器后的纹波电压。纹波电压是使用 10:1 探头测量的，带宽限制设置为 20 MHz。图片由博多电力系统提供  [PDF]
　　系数k用于表示两个线圈绕组之间的耦合，值为1表示两个绕组之间100%耦合。由于电路设计类似于二阶滤波器，因此应使用k值<0.99的耦合电感，否则电路将很容易陷入串联谐振（陷波滤波器）并显示较低的滤波器效应在高于谐振频率的频率范围内。理想情况下，应使用小于 0.98 的 ak。这里使用的耦合电感器WE-DD 744877220的耦合系数约为0.98。所使用的电容器必须具有尽可能低的 ESR 值，以达到所需的滤波效果。例如，铝聚合物电容器 WCAP-PTHR 870055673002 在 1 kHz 至 50 MHz 频率范围内的 ESR 值小于 100 mΩ，此处可用作 22 ?F 电容器。
　　测量结果表明，对于 +5 V 支路的纹波电压，可以实现高达 50% 的交流分量（与未滤波值相关）的减少。
　　电隔离测量信号传输
　　如果必须长距离传输测量值等电信号，则通过平行电缆耦合产生的干扰可能会导致测量值失真。对此的补救措施是以电流隔离的方式传输信号和电源，因为这可以确保通过电流隔离和平衡进行去耦，从而减少共模干扰 (CM)。
　　图 8 中的电路可以以电流隔离的方式传输 0 至 +4 V 范围内的直流电压以及频率高达 5 kHz（仅限 10 kHz）的脉冲直流电压（带偏移的交流电压） 。
　　工作方式原理说明：
　　1. 信号传输 光耦的LED由运算放大器传输的信号控制。输入电压和 LED 发光强度之间的线性关系对于信号的真实传输至关重要。因此，LED 必须在其特性曲线的“线性”范围内工作。在线性范围之外，无法再保证信号的真实传输。光耦合器的光电晶体管接收LED发出的光，并根据发光强度控制另一个运算放大器。
　　2. 电源 主电路的电源电压由外部电压源（本例中为 12 V 直流母线）的 DC/DC 转换器直接提供。次级电路的电源通过第二个 DC/DC 转换器（FIMM 模块）解耦。由于初级电路的电源电压太高，无法直接用作 FIMM 模块的输入电压，因此首先使用 MicroModule (171930601) 降低总线电压。
　　图 8. 基于 FIMM 系列 MicroModule 1769205132 的隔离数据传输参考设计。图片由博多电力系统提供  [PDF]
　　信号传输原边
　　原边和副边的隔离信号传输如图9所示。这里，运算放大器U1A以同相配置连接，并实现了两个负反馈：
　　1. C5 用于较高频率范围内的负反馈。这减少了过冲和噪声。
　　2. 光耦合器 Q2 (WL-OPCT 140816140410) 作为电流补偿，以补偿光耦合器 Q1 (WL-OPCT 140816140410) 的非线性。 Q1和Q2的LED串联，其中Q1的光敏三极管控制输出电路，Q2的光敏三极管是来自初级电路（U1A）的电流反馈。只要二极管电流保持在特性曲线的较低范围内，CTR 的非线性就可以通过两个发射二极管的正向电流 IF 得到很大程度上补偿。在电路中，二极管电流受到 R6 (4.7 kΩ) 的限制。
　　图 9. 使用光耦合器的隔离信号传输电路。图片由博多电力系统提供  [PDF]
　　信号传输二次侧
　　通过光耦合器 Q1 晶体管的电流取决于输入电压。集电极-发射极路径与电阻器 R3 (4.7 kΩ) 一起形成一个分压器，用于确定通过处于导通状态的晶体管的电流以及运算放大器 U2A 非反相输入端的 DC 偏移。
　　在运算放大器的输出端，通过负反馈环路，通过一对二极管 (D2、D5) 和一个 220 Ω 电阻器 (R2) 保护电路免受瞬态电压和短路影响。
　　LED 指示输入处直流电压和交流电压信号的相对幅度和频率。
　　电源
　　在次级侧，运算放大器 U2A 通过 FIMM 模块的电流去耦电压供电。 +12V 总线电压通过 MicroModule (U3) 降低至 5 V，并与 FIMM 模块 (U4) 电隔离。 FIMM 模块的输入和输出之间的寄生电容非常小（通常为 8 pF），典型值仅为 100 mA。 8 pF 使得可以将电路的次级侧与初级电路分开。因此，电路本身和所连接的外围设备（例如传感器）的共模干扰都被有效抑制或根本不产生。
　　测量结果表明，输出信号与原始方波信号形状仅略有偏差。随着频率上升，要传输的信号“接地”，即方波信号的谐波消失，并且可以识别出近似正弦形式。这里产生的影响是由于光耦合器的传输带宽有限造成的。这里的信号完整性很大程度上取决于光耦合器在频率上的线性度。
　　输入滤波器
　　多级输入滤波器在宽频率范围内提供传导干扰电压的衰减，同时确保输出电压几乎没有纹波。该滤波器是已经讨论过的 π 滤波器的扩展形式。