使用线性光耦合器的模拟隔离

介绍

模拟隔离仍然广泛应用于电机驱动、功率监测等，其中应用通常使用廉价的模拟电压控制来进行速度、强度或其他调整。

HCNR201/200模拟光耦合器通常被添加到，用于隔离应用电路的前端模块中的模拟信号。光耦合器将放置在模拟输入和A/D转换器之间，以提供模拟输入与混合信号ADC和其他数字电路的隔离。HCNR201/200是解决许多模拟隔离问题的一个优秀的解决方案

主要特点及规格

THCNR201/200模拟光耦合器由一个单个LED和两个光电二极管，PD1和PD2组成，如下图所示。这两个光电二极管紧密匹配，PD1在输入端，PD2在应用电路的输出侧。光电二极管的输出电流与LED的光输出呈线性相关。PD1具有输入光电二极管，允许直接监测LED状态，从而稳定LED的光输出。HCNR201/200通过与两个光电二极管的紧密匹配，并采用合适的应用电路，可以实现高线性度和稳定的增益特性。使用HCNR201/200的优点在于它可以在多种不同的模式下工作，如单极/双极、交流/直流和反相/非反相调制。HCNR201和HCNR200都装在40亿毫升DIP8宽体封装中。

PD1和PD2

HCNR201/200高线性模拟光耦合器的主要特点和特点如下：

低成本的模拟隔离，高线性度，灵活的设计，易于访问两个光电二极管更紧的K3(IPD2/IPD1)传输增益-输出光电二极管PD2中的电流低与输入光电二极管PD1中的电流低，这表明两个光电二极管有多接近低非线性-从Ipd2 vs Ipd1从5nA到50µA的图中绘制的“最佳它”直线的全尺度输出的最大偏差(%)。绘制的直线是基于从5nA到50µA等距的11个点。IPD2误差最好的它线是偏差上面和下面都是最好的它的线。低转移增益温度梯度-k3与温度的梯度图。这表明了对温度变化的转移增益

表1。HCNR201/200的关键技术规范

参数	HCNR201	HCNR200
转移增益，K3	0.95至1.05 ±5%)	0.85至1.15(土 15%)
非线性，NLBF	0.05% max	0.25% max
温度系数，8 k1/δ ta	-0.3%/°C typ	-0.3%/°C typ
温度系数，δk3/δta	-65ppm/ Ctyp	-65ppm/°C typ
带宽(LED)	9MHz typ	9MHz typ
共模噪声抑制,IMRR	95dB typ	95dB typ
工作温度	-40°C至85°C	-40°C至85°C
连续工作电压，VIORM	1414 V峰值	1414 V峰值
隔离电压，VISO	5000 V	5000 V

使用HCNR201/200高速、低成本地实现

各种电路，被设计用来与HCNR201/200一起使用，以提供隔离，并在许多工业应用中使用它们，如电机驱动器、开关模式电源、传感器、电流回路等。HCNR201/200用于不同的电路结构。

图1展示了一个使用HCNR201/200的高速、低成本的实现，实现了1.5MHz的高带宽和稳定的增益特性。对于寻找高带宽、高速和低成本解决方案的应用程序，这将是一个合适的实现，因为电路只包含离散的晶体管(没有运算放大器)。但它将必须权衡精度，以实现高带宽和速度。这种协调状态通常用于切换模式电源的反馈路径。传递函数由：

VOUT/VIN= R2/R1

VOUT/VIN= R2/R

图1：使用HCNR201/200进行的低成本、高速模拟隔离

伺服电机、逆变器和电源中的电压监测

HCNR201/200用于伺服电机、逆变器和电源应用中的反馈回路中的电压监测。

使用HCNR201/200的优点是可以补偿由于温度、老化或其他非线性等问题引起的LED特性漂移。它们用于伺服电机驱动，从而将输入光电二极管放置在反馈路径中，以控制LED使用外部组件，如运算放大器的LED电流。这如正输入电压VIN的电压2所示。双极输入电路将使用两个HCNR201或两个HCNR200。电容器C1是补偿电容。两个运算放大器LM158是两个单独的封装，而不是一个双通道封装中的两个通道，否则将不会出现电流绝缘。

输入光电二极管电流，IPD1= VIN/R1.为了达到线性度，当R1为80kΩ时，输入电压，文将需要是最大的4V，并保持最大的光电二极管电流在50µA(如数据表中所述)。

该应用电路的线性传递函数由：

图2：使用HCNR201/200的正极性输入电压

电流回路

电流回路已成为传感器信号传输的标准方法。电流回路适用于需要长电缆长度或存在高电磁干扰的工业环境。从传感器级到控制器(PLC、PC)的距离可以很长。需要采用高压绝缘或电流隔离来保护设备。有几种类型的电流回路：模拟(线性电流表示模拟信号)、逻辑(高和低逻辑电平分别表示MARK和空间状态)，以及使用HART®(高速公路可寻址远程传感器)通信协议的组合模拟和数字电流回路。与电压信号相比，电流回路对噪声和线路阻抗

引起的误差不敏感、无损耗的长距离传输和较低的电磁干扰灵敏度。

发射机电路

从图3中，齐纳Z1建立了回路侧运算放大器IC2所需的电压。电路的回路侧由回路电流供电，从而消除了对隔离电源的需要。

对于4-20 mA电流回路变送器，选择R2 = 25Ω，R3 = 10kΩ，R1 = 80kΩ，选择电阻值，当输入电压为0.8V时，回路电流为4mA。当输入电压为4V时，回路电流为20 mA。(假设传递函数，K3=IPD2/IPD1=1).

图3：使用HCNR201/200进行隔离的4-20 mA电流回路变送器

审核编辑：汤梓红