基于高線(xiàn)性光耦HCNR201的電壓電流測量電路

　　模擬信號量值采集的精確度和穩定度決定了整個(gè)項目的運行可靠程度，然而，現場(chǎng)環(huán)境惡劣，干擾嚴重，為了對模擬信號的線(xiàn)性轉換而不把現場(chǎng)的各種噪聲干擾引入到控制系統，必須將被測模擬信號與控制系統之間進(jìn)行良好的線(xiàn)性隔離。一般情況下，直流隔離措施可采用專(zhuān)用隔離運算放大器（ISO124系列）加配一個(gè)高精度隔離直流電源，通過(guò)電氣耦合的方式來(lái)實(shí)現被測模擬信號與控制系統的線(xiàn)性隔離，但這種方法成本較高而且溫漂較大。本文采用線(xiàn)性光耦HCNR201實(shí)現了被測模擬信號與控制系統之間的線(xiàn)性隔離。線(xiàn)性光耦的隔離原理與普通光耦沒(méi)有太大差別，只是將改變了普通光耦的單發(fā)單收模式，增加一個(gè)用于反饋的光電二極管并且增大了線(xiàn)性區域。兩個(gè)光電二極管都是非線(xiàn)性的，但其非線(xiàn)性特性都是一樣的，所以可以通過(guò)反饋通路的非線(xiàn)性來(lái)抵消直通通路的非線(xiàn)性，從而實(shí)現了信號的線(xiàn)性傳遞。

　　HCNR201的工作原理

　　HCNR201是Avago公司推出的高線(xiàn)性光耦器件，通過(guò)外接不同的分立器件，可以實(shí)現交直流電流和電壓的光電隔離轉換電路，其內部結構如圖1所示。HCNR201由高性能的AlGaAs型發(fā)光二極管及兩個(gè)具有嚴格比例關(guān)系的光電二極管PD1和PD2構成。當發(fā)光二極管中流過(guò)電流IF時(shí)，其所發(fā)出的光會(huì )在光電二極管中PD1、PD2感應出正比于LED發(fā)光強度的光電流IPD1、IPD2，其中IF、 IPD1、IPD2滿(mǎn)足以下關(guān)系：

　　式中K1、K2分別為發(fā)光二極管PD1、PD2的電流傳輸比，其典型值為0.48，范圍為0.36～0.72；K3為該光耦的傳輸增益，其典型值為 1，范圍為0.95～1.05。

圖1 HCNR201內部結構圖

　　光電二極管PD1接入輸入回路，用于檢測和穩定AlGaAs型發(fā)光二極管的發(fā)光強度，有效地消除了發(fā)光二極管的非線(xiàn)性、漂移等特性，而光電二極管PD2作為輸出電路的一部分，能產(chǎn)生與發(fā)光二極管發(fā)光強度成線(xiàn)性關(guān)系的光電流，實(shí)現測量電路與輸出電路之間的線(xiàn)性傳遞。特性極其相似的光電二極管及先進(jìn)的封裝工藝保證了該光耦的高線(xiàn)性度、傳輸增益穩定等特性。