線性光耦隔離檢測(cè)電壓電路詳解

線性光耦原理概述

線性光耦是一種用于模擬信號(hào)隔離的光耦器件，和普通光耦一樣，線性光耦真正隔離的是電流。線性光耦能夠保護(hù)被測(cè)試對(duì)象和測(cè)試電路，并減小環(huán)境干擾對(duì)測(cè)試電路的影響。

線性光耦的隔離原理與普通光耦沒有差別，只是將普通光耦的單發(fā)單收模式稍加改變，增加一個(gè)用于反饋的光接受電路用于反饋。這樣，雖然兩個(gè)光接受電路都是非線性的，但兩個(gè)光接受電路的非線性特性都是一樣的。這樣，就可以通過(guò)反饋通路的非線性來(lái)抵消直通通路的非線性，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)線性隔離的目的。

線性光耦檢測(cè)電路中應(yīng)用電路

在某隨動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，需要用檢測(cè)板對(duì)系統(tǒng)中的各電路板的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以對(duì)工作不正常的電路板給出故障指示，并用單片機(jī)來(lái)處理檢測(cè)結(jié)果。由于實(shí)際工作環(huán)境比較惡劣，為了防止干擾信號(hào)由采集信道進(jìn)入檢測(cè)板及保證單片機(jī)系統(tǒng)工作正常，筆者采用光電耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。由于光電耦合器的發(fā)光二極管為電流驅(qū)動(dòng)器件，因而應(yīng)以電流環(huán)路的形式進(jìn)行傳送，而且電流環(huán)路是低阻抗電路，它對(duì)噪聲的敏感度較低，因此提高了電路的抗干擾能力。有時(shí)干擾噪聲雖有較大的電壓幅度，但其能量小，所以只能形成微弱的電流，而光電耦合器輸入部分的發(fā)光二極管是在電流狀態(tài)下工作的，只有在通過(guò)一定強(qiáng)度的電流時(shí)才能發(fā)光，因此，即使有很高電壓幅值的干擾，也會(huì)因其所形成的電流大小而被抑制掉。

在實(shí)際檢測(cè)電路的某一采集信道中，如需對(duì)一組差動(dòng)輸入信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，可將電路接成如圖3所示的連接方式。圖中，通過(guò)放大器N1可將輸入的差動(dòng)信號(hào)變?yōu)閱芜呅盘?hào)后輸出。由于二極管V1和V2的作用，當(dāng)輸入信號(hào)為正時(shí)，V2導(dǎo)通，V1截止，放大器N2呈開環(huán)狀態(tài)，光耦N5工作，N4關(guān)斷;而當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)時(shí)，則正好相反。當(dāng)HCNR201的第3、4端的光敏二極管受光后，其輸出信號(hào)將反饋到放大器的輸入端，以提高光耦的線性并減少溫漂。第5、6端輸出的信號(hào)經(jīng)運(yùn)放放大后輸出。電位器RP1的作用是調(diào)節(jié)運(yùn)放輸入偏置電流的大小。電容C2、C3為反饋電容，可用于提高電路的穩(wěn)定性，消除自激振蕩，濾除電路中的毛刺信號(hào)，降低電路的輸出噪聲，其容值可根據(jù)電路的頻率特性來(lái)選取。放大器N6的作用是把光耦輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)以供后級(jí)電路使用，并增強(qiáng)負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，降低輸出阻抗。調(diào)整電阻RP2的值可以調(diào)整信道的增益。

線性光耦隔離檢測(cè)電壓電路

TIL300 是一個(gè)由紅外光LED照射分叉配置的隔離反饋光二極管和一個(gè)輸出光二極管組成。該器件采用特殊制造技術(shù)來(lái)補(bǔ)償LED時(shí)間和溫度特性的非線性，使輸出信號(hào)與發(fā)出的伺服光通量成線性比例。

電容C防止電路產(chǎn)生震蕩。TIL300內(nèi)部DO是發(fā)光二極管，其工作電流電If可選為10mA。D1，D2為光敏二極管，他們受DO的激發(fā)分別產(chǎn)生電流IP1和Ip2，其大小與If有關(guān)：

實(shí)際上可以把K看做常數(shù)，K的值是TIL300的電器參數(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，滿足：

可以看出輸出V%與E是線性關(guān)系。

分析：

1、K的典型值為1

2、由于輸入的可能是220V左右的交流電壓，也可能是更低或更高的交流電壓，因此會(huì)涉及到變壓和整流電路，由于公司有220V交流電輸出12V的變壓整流電路模塊，因此沒有給出變壓整流電路。

3、本電路也適合直流高壓電路，當(dāng)E為直流高壓時(shí)，就需調(diào)整R2、R1的值，在輸出端可以得到適合單片機(jī)檢測(cè)的電壓。

4、輸出的VO可送于單片機(jī)檢測(cè)和處理，每一交流高電壓對(duì)應(yīng)一E值，每一E值對(duì)應(yīng)一輸出電壓VO。由式整個(gè)電路輸出電壓與輸入電流的比例關(guān)系可通過(guò)調(diào)節(jié)電阻R1、R2、R3、R5來(lái)實(shí)現(xiàn)。

由于按照線性光耦的技術(shù)說(shuō)明，發(fā)射端和兩個(gè)接受端都使用時(shí)能在一定范圍因此，本電路將線性光耦的D0，D1，D2端都配置了相關(guān)電路。

有良好的線性度，

其他線性光耦芯片介紹：

HCNR200/201是美國(guó)Agilent公司推出的一種性價(jià)比較高的模擬線性光耦隔離器，具有低成本、高線性度、高穩(wěn)定度、頻帶寬、設(shè)計(jì)靈活的優(yōu)點(diǎn)，可以工作在單極/雙極、直流/交流、同相/反相等條件下，通過(guò)外接不同的分立器件，可以實(shí)現(xiàn)多種光電隔離轉(zhuǎn)換電路。

其主要特性如下：

非線性度：0.01%

K3（Ipd2/Ipd1）傳遞增益

HCNR200：（100士15）%

HCNR201：（100土5）%

耐壓：交流800V;直流1000V

增益溫度系數(shù)：-65ppm/“C

帶寬：》IMHz

8引腳DIP和貼片兩種封裝形式

HCNR200/201適用的主要范圍包括：

低成本模擬信號(hào)隔離;

通信：Modem，PBX

工業(yè)過(guò)程控制

熱電耦隔離：4-20mA電流隔離

HCNR200/201包括一只高性能的發(fā)光二極管（圖中的LED），兩只極其相似的光電二極管（圖中的PD1和PD2）。當(dāng)LED中流過(guò)電流If時(shí)。其發(fā)出的光會(huì)在PD1和PD2中感應(yīng)出正比于LED發(fā)光強(qiáng)度的光電流Ipd1和Ipd2。由于PD1和PD2的特性非常相似，再加上安裝位置的精確性以及元件先進(jìn)的封轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)保證了該元件的高線性度和增益的穩(wěn)定性。