浅析数字电容隔离器的磁场抗扰度

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：



以及



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

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：



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。