一、原理

光隔離探頭主要依靠光電轉(zhuǎn)換原理工作。如圖1所示，當(dāng)探頭檢測(cè)到線路中的電流或電壓信號(hào)時(shí)，這些電信號(hào)會(huì)通過(guò)電光轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為光信號(hào)。光信號(hào)通過(guò)光纖傳輸，隨后通過(guò)光電還原器重新轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，最終輸入到示波器等測(cè)量設(shè)備中進(jìn)行進(jìn)一步處理和分析。由于光信號(hào)在傳輸過(guò)程中不依賴電氣連接，且本身不攜帶電能，因此可以有效隔絕線路與測(cè)量設(shè)備之間的電氣通路。即使線路電壓極高，也不會(huì)通過(guò)光隔離探頭傳導(dǎo)至測(cè)試人員或測(cè)量設(shè)備，從而確保較高的安全性。

高壓差分探頭同樣可用于測(cè)量高壓信號(hào)，并具備一定的共模抑制能力。然而，高壓差分探頭的工作仍然依賴電氣連接。在共模電壓較高且噪聲干擾較強(qiáng)的環(huán)境中，差分探頭可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)量設(shè)備損壞。相比之下，光隔離探頭通過(guò)光信號(hào)傳遞電壓變化，不依賴輸入端與輸出端的電氣連接，能夠徹底切斷地線之間可能形成的回路或干擾。這一特性使得光隔離探頭在某些應(yīng)用場(chǎng)合中成為唯一可用的選擇。

二、高壓差分探頭能否替代光隔離探頭？

1.不能替代的應(yīng)用場(chǎng)景

在測(cè)量全橋或半橋結(jié)構(gòu)的上管柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，高側(cè)的參考電位會(huì)隨著主路電壓的波動(dòng)而上下浮動(dòng)。此時(shí)，使用光隔離探頭進(jìn)行測(cè)量可以有效避免接地電位差帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，確保測(cè)量設(shè)備的安全。如果使用高壓差分探頭進(jìn)行測(cè)量，由于共模電壓過(guò)高，很容易超出探頭的耐壓范圍，從而損壞探頭或測(cè)量設(shè)備。在電動(dòng)汽車逆變器測(cè)試、軌道交通牽引系統(tǒng)等浮地高壓系統(tǒng)中，功率回路懸浮在高壓上。在這種情況下，只有使用光隔離探頭才能實(shí)現(xiàn)真正的安全測(cè)量。

2.可替代的應(yīng)用場(chǎng)景

在一些電氣環(huán)境較為溫和、共模電壓較低且測(cè)試參考地清晰的場(chǎng)景中，使用高壓差分探頭可以在保證基本安全與測(cè)量精度的前提下，有效捕捉信號(hào)。通常，差分探頭的成本更低、連接更簡(jiǎn)便。如果信號(hào)的共模電壓相對(duì)穩(wěn)定，地線之間沒(méi)有明顯的電位差，且額定共模范圍在差分探頭的額定范圍以內(nèi)，例如測(cè)量工業(yè)電子設(shè)備中器件兩端的電壓變化、開(kāi)關(guān)電源低壓側(cè)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，差分探頭可以準(zhǔn)確且安全地進(jìn)行測(cè)量。此外，由于差分探頭的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、信號(hào)延遲較小，因此可以進(jìn)行快速重復(fù)性的測(cè)量。

三、總結(jié)

因此，在涉及高共模電壓、不穩(wěn)定參考地的場(chǎng)合下，為了確保測(cè)試設(shè)備和測(cè)試人員的安全，必須使用光隔離探頭。當(dāng)電壓范圍在測(cè)量設(shè)備可適應(yīng)范圍內(nèi)且共模干擾相對(duì)較小時(shí)，高壓差分探頭可以成為一種有效的替代方案。