多路輸入的高壓隔離線性光耦放大電路

多路輸入的高壓隔離線性光耦放大電路

該電路對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行放大、校正,供A/D轉(zhuǎn)換使用。我們采用線性光耦合放大電路。線性光耦合器件TIL300的輸入輸出之間能隔離3500V的峰值電壓,可以有效地將測(cè)量通道與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)隔離開來(lái),使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)避免測(cè)量通道部分較高電壓的危害,對(duì)信號(hào)放大的線性度也很好。

多路輸入和信號(hào)調(diào)理電路如圖1所示。

圖1中TIL300是光線光耦合器件,適合交流與直流信號(hào)的隔離放大,主要技術(shù)指標(biāo)如下：

*帶寬>200kHz;

*傳輸增益穩(wěn)定度為±0.05%/℃;

*峰值隔離電壓為3 500V。

C104是0.1μF的獨(dú)石電容,防止電路產(chǎn)生震蕩。TIL300內(nèi)部D0是發(fā)光二極管,其電流工作點(diǎn)If可選為10mA。D1、D2為光敏二極管,它們受D0的激發(fā)分別產(chǎn)生電流Ip1和Ip2,其大小與If有關(guān)：

Ip1=K1·If

Ip2=K2·If

其中K1·If、K2·If表明Ip1,Ip2隨If的變化規(guī)律,可稱為光耦合函數(shù)。由于D1、D2用相同的工藝作成并與D0封裝在一起,因此,它們的光耦合函數(shù)的變化規(guī)律相當(dāng)一致,故可設(shè)：

K=Ip2/Ip1=(K2·If)/(K1·If)    （1）

實(shí)際上可以把K看作常數(shù),K的值是TIL300的電氣參數(shù),典型值為1。參數(shù)取值范圍為0.75～1.25。
U1構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋放大器,其同相輸入端和反相輸入端的電壓應(yīng)近似相等,即滿足式（2）：

Vi≈Ip1·R1     （2）

U3是一個(gè)射極跟隨器,輸入阻抗很高,輸出電壓Vo等待輸入端電壓：

Vo≈Ip2·R2     (3)

于是高壓隔離線性光耦合放大電路的增益可由式（4）計(jì)算：

Vo/Vi=(Ip2/Ip1)·(R2/R1)=K(R2/R1)     (4)

由于被測(cè)量的蓄電池電壓是由R3、R4、R5分壓后輸入U(xiǎn)1同相端的,所以

Vi=E·[R5/R3+R4+R5]]     (5)

E是蓄電池的端電壓,由此可得：

Vo=K·(R2/R1)·[R5/(R3+R4+R5)·E     (6)

式（6）表明Vo與E是線性關(guān)系。

微型繼電器輸入端串接的50Ω電阻是測(cè)量回路中的限流電阻、防止意外短路或絕緣不良產(chǎn)生過大電流燒毀器件或毀壞蓄電池。由于U1運(yùn)算放大器的輸入阻抗很高,50Ω限流電阻對(duì)測(cè)量精度無(wú)影響。這些限流電阻應(yīng)選擇功率值大于1W的金屬膜電阻。調(diào)節(jié)電位器R4可以適應(yīng)不同端電壓的蓄電池。

I+12V是個(gè)獨(dú)立電源,用于U1和TIL300的輸入部分;±12V也是個(gè)獨(dú)立電源,用于U3和TIL300的輸出部分。這兩個(gè)電源的隔離對(duì)電路的高壓隔離性能有很大影響,應(yīng)選用電源變壓器中兩組彼此有良好絕緣的線圈來(lái)制作。