线性光耦在电流采样中的应用

1、线性光耦在电流采样中的应用 在现代电气测量和控制中,经常需要用低压器件去测量、控制高、强等模拟量,假如模拟量与数字量之间没有电气隔离,那么,高电压、强电流很简单串入低压器件,并将其烧毁。线性光耦hcnr200可以较好地实现模拟量与数字量之间的隔离,隔离电压峰值达8000v;输出尾随输入变幻,线性度达0.01。 2 hcnr200/201简介hcnr200型线性光耦的原理1所示。它由发光d1、反馈光电二极管d2、输出光电二极管d3组成。当d1通过驱动电流if时,发出光(伺服光通量)。该光分离照耀在d2、d3上,反馈光电二极管汲取d2光通量的一部分,从而产生控制电流i1(i1=0.005if)。该

2、电流用来调整if以补偿d1的非线性。输出光电二极管d3产生的输出电流i2与d1发出的伺服光通量成线性比例。令伺服电流增益k1=i1/if,正向增益k2=i2/if,则传输增益k3=k2/k1=i2/i1,k3的典型值为1。3 电流检测3.1 光电导模式下的电流检测电路设计hcnr200工作在光电导模式下的检测电流电路2所示,信号为正极性输入,正极性输出。隔离电路中,r1调整初级运算的输入偏置电流的大小,c1起反馈作用,同时滤除了电路中的毛刺信号,避开hcnr200中的铝砷化镓()受到意外的冲击。但是,随着频率的提高,阻抗将变小,hcnr200的初级电流增大,增益随之变大,因而,c1的引入对通道

3、在高频时的增益有一定影响,虽然减小c1的值可以拓展带宽,但是,会影响初级的增益,同时,初级运算放大器输出的较大毛刺信号不易被滤除。r3可以控制led的发光强度,对控制通道增益起一定作用。3.2 光电压模式下的电流检测电路设计hcnr200工作在光电压模式下的检测电流电路3所示,信号为正极性输入,正极性输出。r1、r2、r3、c1的作用与在光电导模式下的作用基本相同。放大器a1调整电流if。当输入电压vin增强时,i1增强,同时放大器a1“”输入端电压增强,促使电流if增强。因为d1与d2之间的联系,i1就会把“”输入端电压重新拉回0v,形成负反馈。假如放大器a1的输入电流很小,那么流经r1的电

4、流就为vin/r1=i1。自不待言,i1与vin之间是线性比例关系。i1稳定线性变幻,if也稳定线性变幻。由于d3受到d1光照,i2也跟着稳定线性变幻。放大器a2和r2将i2转化成电压vout=i2×r2。4 运算放大器的挑选hcnr200/201是电流驱动型器件,其led的工作电流为1ma20ma,因此,运算放大器a1的驱动电流也必需达到20ma,能达到这种输出电流能力的运算放大器输出级普通为双极型,因此,选双极型运算放大器较合适。同时,按照输入电压范围,也要求运算放大器有相应的共模输入和输出能力。本设计电路采纳单电源供电的ha17324集成运算放大器,其输出电流可达40ma。5

5、电阻器的挑选下面研究光电导模式下电阻器的挑选。a1组成驱动级的等效电路4所示。图中,rf是等效反馈电阻器。该等效电路是典型的同相型放大器,故u=u,且u=vin,因此vin=u。由图2自不待言,式中,vd1为d1的正向压降。 由图4可见,故将式(3)代入式(4)因为器件参数的离散性,i1近似等于0.005if,k3=i2/i11,所以,r1、r2、r3尚需在估算值附近调节,力求获得最佳线性度。调整后,最佳线性度为220。6 结论应用线性光耦合器组成的模拟信号隔离电路的线性度好,电路容易,有效地解决了模拟信号与应用系统的电气隔离问题。若驱动级、缓冲级采纳组合型运算放大器,可使线性度提高。 hcnr200可以广泛地应用在需要良好稳定性、线性度和带宽的模拟信号隔离场合。采纳两片hcnr200可以工作在双极性输入/双极性输出模式;同时,还可以工作在交直流电路、变换器的隔离、热电偶的隔离、4ma20ma模拟电流环放射/接收等多种模式下