線(xiàn)性光耦器件IL300-F-X009原理及其應用

摘要：介紹在采集交流永磁同步電機母線(xiàn)電流時(shí)，為防止外界的各種干擾，必須將霍爾傳感器測量系統和DSP數字微處理器進(jìn)行電氣隔離。為了能更精確地傳送模擬信號，進(jìn)行電壓檢測，用線(xiàn)性光耦(IL300-F-X009)隔離是最好的選擇。線(xiàn)性光耦輸出信號隨輸入信號變化而成比例變化，它為模擬信號傳輸過(guò)程中，隔離電路的簡(jiǎn)單化、高精度化帶來(lái)了方便。
關(guān)鍵詞：線(xiàn)性光耦(IL300-F-X009)；模擬信號；電壓檢測

0 引言
在自動(dòng)控制系統中，經(jīng)常需要將一些現場(chǎng)信號采集到單片機中，被采集的信號既可能是數字信號，也可能是模擬信號。為了實(shí)現電平線(xiàn)性轉換以及不把現場(chǎng)的電噪聲干擾引入到以DSP數字微處理器為核心的控制系統中來(lái)，必須將被測電路和控制電路在電氣上實(shí)現隔離，光電隔離法是常用的方法。本文給出一種利用光電隔離法對模擬電壓信號進(jìn)行采集的電路，電路中使用了VISHAY公司的IL300-F-X009高精度線(xiàn)性模擬光耦器件，文中對其工作原理進(jìn)行了介紹，并通過(guò)試驗證明了此方法的精確性。

1 IL300-F-X009線(xiàn)性光耦隔離原理
線(xiàn)性光耦I(lǐng)L300-F-X009內部結構原理如圖1所示。IL300-F-X009由一個(gè)高性能發(fā)光二極管LED和兩個(gè)相鄰匹配的光敏二極管PD1和PD2組成，這兩個(gè)光敏二極管有完全相同的性能參數。LED是隔離信號的輸入端，當有電流流過(guò)時(shí)就會(huì )發(fā)光，兩個(gè)光敏二極管在有光照射時(shí)就會(huì )產(chǎn)生光電流，IL300-F-X009的內部封裝結構使得PD1和PD2都能從LED得到近似光照，且感應出正比于LED發(fā)光強度的光電流。光敏二極管PD1起負反饋作用，用于消除LED的非線(xiàn)性和偏差特性帶來(lái)的誤差，改善輸入與輸出電路間的線(xiàn)性和溫度特性，穩定電路性能。光敏二極管PD2是線(xiàn)性光耦的輸出端，接收由LED發(fā)出的光線(xiàn)而產(chǎn)生與光強成正比的輸出電流，達到輸入及輸出電路間電流隔離的作用。正是IL300-F-X009內部的封裝結構、PD1與PD2的嚴格比例關(guān)系及PD1負反饋的作用保證了線(xiàn)性光耦的高穩定性和高線(xiàn)性度。

當IL300-F-X009內部的LED中流過(guò)電流IF時(shí)，其所發(fā)出的光會(huì )在PD1和PD2中感應出正比于LED發(fā)光強度的光電流Ip1和Ip2，其中IF、Ip1、Ip2滿(mǎn)足以下關(guān)系式：

式(1)中K1、K2分別為輸入、輸出光電二極管的電流傳輸比，其典型值均為0．7％左右。IF的范圍在5 mA～20 mA之間，能夠獲得最好的線(xiàn)性關(guān)系。此時(shí)Ip1和Ip2的電流一般在200μA以下。K3被定義為傳輸增益，其輸出側光電流(Ip2)和輸入側光電流(Ip1)之比是一個(gè)恒定值，IL300-F-X009的傳輸增益K3的范圍在0．945～1．061倍之間。PD1接入到輸入電路，用來(lái)檢測和穩定發(fā)光二極管發(fā)光的強度，PD2作為輸出電路的一部分與測量電路實(shí)現了電氣隔離。PD1和PD2安裝位置的精確性以及元件先進(jìn)的封裝設計保證了該元件的高線(xiàn)性性和增益的穩定性。IL3 00-F-X009的最大非線(xiàn)性有±0．5％，最大輸入電流250 mA，是模擬信號隔離的極佳解決方案。