摘要

 

今天，光耦合器是一種無(wú)處不在的電子元件，幾乎可以在任何電氣設備和大多數行業(yè)領(lǐng)域中找到。自 25 年前推出以來(lái)，光耦合隔離器（也稱(chēng)為光耦合器、光電耦合器或光隔離器）已被證明是電流絕緣和接地環(huán)路噪聲抑制或其他 EMI 感應噪聲干擾隔離不可或缺的組件。這些  基本形式的光耦合器僅由輸入側的 LED 發(fā)射器和輸出側的雙極光電檢測器組成，兩者之間由高介電強度絕緣膜隔開(kāi)，并封裝在一個(gè)小封裝中。

 

最初，這些光耦合器主要用于數字應用。它們以輸入-輸出響應的非線(xiàn)性而著(zhù)稱(chēng)，并且需要巧妙的設計技術(shù)來(lái)“使”它們在線(xiàn)性應用中工作。鮮為人知的是，現在也可以使用線(xiàn)性光耦合器。小尺寸、高可靠性和低功耗等特性使光耦合器深受數字設計人員的歡迎，也使它們成為模擬設計人員  喜歡的組件。

 

Avago Technologies 的 HCPL-7851 密封模擬隔離放大器可用于模擬電流或電壓檢測應用。該模擬隔離放大器旨在取代傳統的電流測量方法，例如閉環(huán)或開(kāi)環(huán)霍爾效應器件或電流互感器。在本文中，介紹了線(xiàn)性密封光耦合器，例如 HCPL-7851、HCPL-785K 或 HCPL-7850。我們還將這些密封線(xiàn)性放大器的性能與霍爾效應器件和電流互感器等競爭技術(shù)進(jìn)行了比較。

 

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光隔離模擬隔離放大器框圖

 

光隔離密封模擬隔離放大器 HCPL-7851 系列密封模擬隔離放大器設計用于執行線(xiàn)性電流檢測或電壓檢測，  保證帶寬為 40 kHz。專(zhuān)有的內部屏蔽工藝旨在在 1 kV 的共模電壓下實(shí)現 5 kV/μs 的高共模噪聲抑制 (CMR)。在 -55° 至 125°C 的完整軍用標準工作溫度范圍內以及 ±200mV 的滿(mǎn)量程輸入動(dòng)態(tài)范圍內，保證 0.8% 的  非線(xiàn)性度。模擬放大器的總功耗非常低。輸入側和輸出側分別消耗不超過(guò) 15.5 mA 的靜態(tài)偏置電流。這種低功耗要求允許采用自舉技術(shù)來(lái)提供隔離電源。所有這些隔離式模擬放大器都基于 Sigma-Delta (ΣΔ) 模數轉換器，這些轉換器光耦合到集成輸出數模轉換器。模擬隔離放大器具有非常高的共模瞬態(tài)抑制能力 (CMR)，這在現代快速開(kāi)關(guān)電機控制電子設備中通常是必需的。它們還通過(guò)從輸入到輸出的信號光傳輸提供高隔離電壓。電壓由隔離放大器輸入通過(guò)與輸入引腳并聯(lián)的低值外部分流電阻器檢測。模擬線(xiàn)性度在 ±200 mV 的  輸入范圍內得到保證。隔離放大器的輸出電壓是與輸入電壓成正比的模擬輸出電壓。

 

通過(guò)作為 ΣΔ 放大器一部分的斬波穩定差分放大器以高速率對輸入進(jìn)行采樣。以非常高的速率進(jìn)行輸入感測是通過(guò)通常在 6 到 10 MHz 之間的采樣率實(shí)現的。這種高速感測確保在以高頻信號感測輸入時(shí)始終滿(mǎn)足奈奎斯特準則。

    

 

使用 HCPL-7851 隔離放大器進(jìn)行電流檢測的典型應用電路

 

在操作中，ΣΔ 調制器將模擬輸入信號轉換為高速串行位流。該位流的平均時(shí)間與輸入信號成正比。該數字數據流被編碼并以光學(xué)方式傳輸到檢測器電路。檢測到的信號被解碼并轉換回模擬信號，然后過(guò)濾以獲得  終輸出信號。圖 2 顯示了一個(gè)典型的應用電路。