使用线性光耦HCNR200制作交流电压测量模块.docx
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1、使用线性光耦HCNR200制作交流电压测量模块测量范围:幅值30V测量精度:05%误差电路自行设计,要求写好设计报告,制作出实物模块。参考原理见html1. 线性光耦介绍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。由 于光耦电路简单,在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到,如UART协议的 20mA电流环。对于模拟信号,光耦因为输入输出的线形较差,并且随温度变化较 大,限制了其在模拟信号隔离的应用。对于高频交流模拟信号,变压器隔离是最常见的选择,但对于支流信号却不 适用。一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案,如ADI的AD202, 能够提供从直流到几K的频率内提
2、供0.025%的线性度,但这种隔离器件内部先进 行电压-频率转换,对产生的交流信号进行变压器隔离,然后进行频率-电压转换 得到隔离效果。集成的隔离放大器内部电路复杂,体积大,成本高,不适合大规模 应用。模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。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,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。市场上的线性光耦有几中可选择的芯片,如Agilent公司的HCNR2
3、00/201,TI 子公司TOAS的TIL300,CLARE的LOC111等。这里以HCNR200/201为例介绍2. 芯片介绍与原理说明HCNR200/201的内部框图如下所示O FU?ANODE 5图表1 HCNR2Q0/201内部结椅其中1、2引作为隔离信号的输入,3、4引脚用于反馈,5、6引脚用于输出。 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。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K1与K2 一般很小(HCNR200是0.50%),并且随温度
4、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。在后面可以 看到,在合理的外围电路设计中,真正影响输出/输入比值的是二者的比值K3,线 性光耦正利用这种特性才能达到满意的线性度的。HCNR200和HCNR201的内部结构完全相同,差别在于一些指标上。相对于 HCNR200,HCNR201提供更高的线性度。采用HCNR200/201进行隔离的一些指标如下所示:* 线性度:HCNR200: 0.25%,HCNR201: 0.05%;* 线性系数 K3: HCNR200: 15%,HCNR201: 5%;*温度系数:-65ppm/oC;*隔离电压:
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