线性光耦隔离检测电压电路详解

　　线性光耦原理概述

　　线性光耦是一种用于模拟信号隔离的光耦器件，和普通光耦一样，线性光耦真正隔离的是电流。线性光耦能够保护被测试对象和测试电路，并减小环境干扰对测试电路的影响。

　　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。这样，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。

　　线性光耦检测电路中应用电路

　　在某随动检测系统中，需要用检测板对系统中的各电路板的参数进行监测，以对工作不正常的电路板给出故障指示，并用单片机来处理检测结果。由于实际工作环境比较恶劣，为了防止干扰信号由采集信道进入检测板及保证单片机系统工作正常，笔者采用光电耦合器来实现信号的传输。由于光电耦合器的发光二极管为电流驱动器件，因而应以电流环路的形式进行传送，而且电流环路是低阻抗电路，它对噪声的敏感度较低，因此提高了电路的抗干扰能力。有时干扰噪声虽有较大的电压幅度，但其能量小，所以只能形成微弱的电流，而光电耦合器输入部分的发光二极管是在电流状态下工作的，只有在通过一定强度的电流时才能发光，因此，即使有很高电压幅值的干扰，也会因其所形成的电流大小而被抑制掉。

　　在实际检测电路的某一采集信道中，如需对一组差动输入信号进行检测，可将电路接成如图3所示的连接方式。图中，通过放大器N1可将输入的差动信号变为单边信号后输出。由于二极管V1和V2的作用，当输入信号为正时，V2导通，V1截止，放大器N2呈开环状态，光耦N5工作，N4关断;而当输入信号为负时，则正好相反。当HCNR201的第3、4端的光敏二极管受光后，其输出信号将反馈到放大器的输入端，以提高光耦的线性并减少温漂。第5、6端输出的信号经运放放大后输出。电位器RP1的作用是调节运放输入偏置电流的大小。电容C2、C3为反馈电容，可用于提高电路的稳定性，消除自激振荡，滤除电路中的毛刺信号，降低电路的输出噪声，其容值可根据电路的频率特性来选取。放大器N6的作用是把光耦输出的电流信号转变为电压信号以供后级电路使用，并增强负载驱动能力，降低输出阻抗。调整电阻RP2的值可以调整信道的增益。

　　线性光耦隔离检测电压电路

　　TIL300 是一个由红外光LED照射分叉配置的隔离反馈光二极管和一个输出光二极管组成。该器件采用特殊制造技术来补偿LED时间和温度特性的非线性，使输出信号与发出的伺服光通量成线性比例。

　　电容C防止电路产生震荡。TIL300内部DO是发光二极管，其工作电流电If可选为10mA。D1，D2为光敏二极管，他们受DO的激发分别产生电流IP1和Ip2，其大小与If有关：

　　实际上可以把K看做常数，K的值是TIL300的电器参数，典型值为1。参数取值范围为0.75~1.25.。

　　U1构成一个负反馈放大器，其同相输入端和反相输入端的电压应近似相等，满足：

　　可以看出输出V%与E是线性关系。

　　分析：

　　1、K的典型值为1

　　2、由于输入的可能是220V左右的交流电压，也可能是更低或更高的交流电压，因此会涉及到变压和整流电路，由于公司有220V交流电输出12V的变压整流电路模块，因此没有给出变压整流电路。

　　3、本电路也适合直流高压电路，当E为直流高压时，就需调整R2、R1的值，在输出端可以得到适合单片机检测的电压。

　　4、输出的VO可送于单片机检测和处理，每一交流高电压对应一E值，每一E值对应一输出电压VO。由式整个电路输出电压与输入电流的比例关系可通过调节电阻R1、R2、R3、R5来实现。

　　由于按照线性光耦的技术说明，发射端和两个接受端都使用时能在一定范围因此，本电路将线性光耦的D0，D1，D2端都配置了相关电路。

　　有良好的线性度，

　　其他线性光耦芯片介绍：

　　HCNR200/201是美国Agilent公司推出的一种性价比较高的模拟线性光耦隔离器，具有低成本、高线性度、高稳定度、频带宽、设计灵活的优点，可以工作在单极/双极、直流/交流、同相/反相等条件下，通过外接不同的分立器件，可以实现多种光电隔离转换电路。

　　其主要特性如下：

　　非线性度：0.01%

　　K3（Ipd2/Ipd1）传递增益

　　HCNR200：（100士15）%

　　HCNR201：（100土5）%

　　耐压：交流800V;直流1000V

　　增益温度系数：-65ppm/“C

　　带宽：》IMHz

　　8引脚DIP和贴片两种封装形式

　　HCNR200/201适用的主要范围包括：

　　低成本模拟信号隔离;

　　通信：Modem，PBX

　　工业过程控制

　　热电耦隔离：4-20mA电流隔离

　　HCNR200/201包括一只高性能的发光二极管（图中的LED），两只极其相似的光电二极管（图中的PD1和PD2）。当LED中流过电流If时。其发出的光会在PD1和PD2中感应出正比于LED发光强度的光电流Ipd1和Ipd2。由于PD1和PD2的特性非常相似，再加上安装位置的精确性以及元件先进的封转设计保证了该元件的高线性度和增益的稳定性。