线性光偶HCNR200的原理和电路设计.docVIP

线性光偶HCNR200的原理与电路设计电气测量、控制中，常常需要高电压、强电流等模拟量如果模拟量与数字量之间没有电气隔离，那么，高电压、强电流很容易串入低压器件，并将其烧毁。光隔离是一种很常用的信号隔离形式常用光耦器件及其外围电路组成。模拟信号隔离使用线形光耦。线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别，只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变，增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。这样，虽然两个光接受电路都是非线性的，但两个光接受电路的非线性特性都是一样的，就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性，从而达到实现线性隔离的目的。 HCNR200Agilent公司的线性光耦可以较好的实现模拟量与数字量之间隔离，隔离电压峰值达8000伏输出跟随输入变化，线性度达0.01％。HCNR200/201简介线性光耦HCNR200的如图 1所示它由发光二极管D11、2引、反馈光电二极管D23、4引脚、输出光电二极管D35、6引脚组成。1、2引脚之间的电流记作IF，3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作IPD1和IPD2。IF流过时，D1发出红外光(伺服光通量 )。该光分别照射在D2、D3上，控制电流IPD1输出电流IPD2输入信号经过电压-电流转化，电压的变化体现在电流IF上，IPD1和IPD2基本与IF成线性关系，线性系数分别记为K1和K2,即 对于HCNR200，K1与K2并且随温度变化较大（HCNR200的变化范围在0.25到0.75之间），但芯片的设计使得K1和K2相等。HCNR200，K3的典型值为 图1 HCNR200内部结构图 2、典型电路 如图2所示，为HCNR200数据手册中给出的一个典型电路。 运算放大器A1用以调节流过LED的电流（IF），进而控制PD1中的电流（IPD1），从而使得其同向输入端（+端）的电压为0V。当VIN增大时，A1的“+”输入电压会变大，而IF、IPD1会随之变大，根据PD1的接法，由于运放没有电流输入，VIN经R1和PD1到地，IPD1增大导致R1上的分压增大，从而使A1的“+”输入电压会回落，仍然保持到0V，反之亦然。 可知：IPD1=VIN/R1 在输出端，运放A2将电流IPD2转换回电压VOUT，且VOUT= IPD2*R2。 则：VOUT/VIN=( IPD2*R2) /( IPD1*R1) =K3*(R2/R1) 由于K3为定值，因而，VIN和VOUT之间的关系为线性的，且与LED的光通量无关。其增益调整可以通过调节R1和R2的值实现。 图2 HCNR200的典型应用电路 3、实际应用电路 图3 HCNR200实际应用电路 图2中的典型电路虽然符合原理，但在实际应用时还需要一些额外的器件来稳定输入极电流、限制LED的电流以及优化电路性能等。 在图3中，C1可以防止电路产生震荡，虑除电路中的毛刺，避免LED受到意外损坏。不过在高频时的通道增益有一定影响R2可以控制LED的发光强度，从而对控制通道增益起一定作用。另外由于光耦会产生一些高频的噪声，在处并联电容，构成低通滤波器，具体电容的值由输入频率以及噪声频率确定。运放可以是单电源供电或正负电源供电，给出的是单电源供电的例子。为了使输入范围能够从0到VCC，需要运放能够满摆幅工作，另外，运放的工作速度、压摆率不会影响整个电路的性能。LMV321、HA17324等运放能够满足以上要求，可以作为HCNR200的外围电路。电阻的选需要考虑运放的线性范围和线性光耦的工作电流IF。K1已知的情况下，IF又确定了IPD1的值假设确定V=5V，输入在0-V之间，输出等于输入，下面给出参数确定的过程。HCNR200是电流驱动,其LED的工作电流要求为 10mA，Ω。 确定R1：R1=VIN/IPD1=VIN/(K1*IF)=3.5/(0.005*25)=28KΩ。 确定R3：R3=R1=28KΩ。 应用线性光耦合器组成的模拟信号隔离电路线性度好电路简单有效地解决了模拟信号与单片机应用系统电气隔离问题。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。