光隔离探头与高压差分探头的可替代性讨论

一、原理

光隔离探头主要基于光电转换原理进行工作。如图1所示，当探头感应到线路中的电流或电压信号时，电信号通过电光转换器转换为光信号，光信号通过光纤进行传输，再通过光电还原器还原为电信号，输入到示波器等测量设备，进行下一步处理和分析。光信号在传输过程中不依靠电气连接且本身不携带电能。因此，可以隔绝线路和测量设备之间的电气通路。即使线路电压极高，也不会通过光隔离探头传导到测试人员身上或测量设备中，具有较高的安全性。

图1 光隔离探头原理图

类似的，高压差分探头也可以用来测量高压信号，且拥有共模抑制能力。但高压差分探头仍然依赖电气连接进行工作，在共模电压较高、噪声干扰强的环境中，差分探头可能会引发测量设备损坏。而光隔离探头通过光信号传递电压变化，不依赖于输入端和输出端的电气连接，可以完全切断地线之间可能形成的回路或者干扰。这种特性使光隔离探头在某些应用场合中成为唯一可供使用的探头。

二、高压差分探头能否替代光隔离探头?

1. 不能替代的应用场景

当测量全桥或者半桥结构的上管栅极驱动信号的时候，高侧的参考电位会随主路的电压上下浮动。此时，使用光隔离探头进行测量就可以避免接地电位差带来的风险，保证测量设备不被损坏。由于共模电压过高，若使用高压差分探头进行测量，容易超过探头的耐压范围，损伤探头或者测量设备。在电动汽车逆变器测试、轨道交通牵引系统等浮地高压系统中，功率回路悬浮在高压上。在这种情况下，同样只有使用光隔离探头才能实现真正的安全测量。

2. 可替代的应用场景

在一些电气环境较为温和、共模电压较低且测试参考地清晰的场景中，使用高压差分探头则可以在保证基本安全与测量精度的前提下，实现对信号的有效捕捉，且通常成本更低、连接更简便。如果信号的共模电压相对稳定，地线之间没有明细的电位差，且额定共模范围在差分探头的额定范围以内。例如，测量工业电子设备中器件两端的电压变化、开关电源低压侧的驱动信号时，差分探头可以准确并安全的进行测量。且因为差分探头的结构相对简单、信号延迟较小，可以进行快速重复性的测量。

三、总结

因此，在涉及到高共模电压、不稳定参考地的场合下，若想保证测试设备和测试人员的安全，必须使用光隔离探头。当电压范围测量设备可以适应且共模干扰相对较小时，高压差分探头则可以成为有效的替代方案。

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