高壓線性光電耦合器的研制

設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)模擬信號(hào)高精度傳輸與高電壓隔離的高壓線性光電耦合器，它以GaAlAs紅外發(fā)光二極管為發(fā)光器件，采用Si-PIN光電二極管為光敏元件。敘述了高壓線性光電耦合器的工作原理和其中部分電路的設(shè)計(jì)，分析了影響其線性度和隔離性能的兩個(gè)主要因素是光電二極管位置不對(duì)稱和器件內(nèi)部的封裝膠，并列舉了部分測(cè)試結(jié)果，測(cè)試結(jié)果表明該器件具有良好的隔離特性和較高的線性度。
關(guān) 鍵 詞 線性; 高壓; 紅外發(fā)光二極管; 光電耦合器; 光電二極管

光電耦合器是隨著半導(dǎo)體技術(shù)和光電子技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，它由紅外發(fā)光器件和光敏器件以及相應(yīng)的信號(hào)處理電路所組成。信號(hào)在光電耦合器中的傳播過(guò)程為輸入電信號(hào)→光信號(hào)→輸出電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了以“光”為媒介的電信號(hào)傳輸。因此，從實(shí)質(zhì)上講，光電耦合器也是一種光電傳感器，同時(shí)也是一種電隔離放大器。光電耦合器的輸入和輸出端在電氣上相互隔離，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力，同時(shí)還具有體積小、信號(hào)單向傳輸以及容易與邏輯電路連接等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛地應(yīng)用于信號(hào)傳輸、噪音去除、高壓控制、線性放大、計(jì)算機(jī)接口、抗干擾回路等方面[1]。
電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，使得光電耦合器的傳輸精度成為系統(tǒng)性能的重要決定因素之一，而普通光電耦合器受溫度的影響較明顯，溫度漂移嚴(yán)重，線性工作區(qū)域較窄，因而難以滿足傳輸精度要求，應(yīng)用范圍受到限制；另一方面，一般光電耦合器隔離電壓通常不高，只能在低壓范圍內(nèi)工作。因此，研制滿足這些要求的高壓線性光電耦合器具有很好的實(shí)際意義。
1 器件工作原理分析
高壓線性光電耦合器的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，由圖1可知，器件由一個(gè)紅外發(fā)光二極管IR LED、兩個(gè)相互匹配的PIN光電二極管、信號(hào)處理ASIC(A1、A2以及其他相關(guān)元件)組成。其中，一只光電二極管PD1處于輸入回路中，其光電流通過(guò)A1反饋回輸入端來(lái)補(bǔ)償IR LED的溫度等方面的非線性，并調(diào)整IR LED的驅(qū)動(dòng)電流IF，從而使其輸出趨于穩(wěn)定和線性化；而另外一只光電二極管PD2將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，并由A2處理后輸出，從而實(shí)現(xiàn)了電信號(hào)的線性傳輸。
對(duì)于光電二極管，若其耗盡區(qū)的寬度為w，入射面的反射率為RF，那么，光照下，光電二極管產(chǎn)生的光電流：