1 引言

在現代電氣測量和控制中，常常需要用低壓器件去測量、控制高電壓、強電流等模擬量，如果模擬量與數字量之間沒有電氣隔離，那么，高電壓、強電流很容易串入低壓器件，并將其燒毀。線性光耦HCNR200可以較好地實現模擬量與數字量之間的隔離，隔離電壓峰值達8000V;輸出跟隨輸入變化，線性度達0.01％。

2 HCNR200/201簡介

HCNR200型線性光耦的原理如圖1所示。它由發光二極管D1、反饋光電二極管D2、輸出光電二極管D3組成。當D1通過驅動電流If時，發出紅外光（伺服光通量）。該光分別照射在D2、D3上，反饋光電二極管吸收D2光通量的一部分，從而產生控制電流I1（I1=0.005If）。該電流用來調節If以補償D1的非線性。輸出光電二極管D3產生的輸出電流I2與D1發出的伺服光通量成線性比例。令伺服電流增益K1=I1/If，正向增益K2=I2/If，則傳輸增益K3=K2/K1=I2/I1，K3的典型值為1。

3 電流檢測電路

3.1 光電導模式下的電流檢測電路設計

HCNR200工作在光電導模式下的檢測電流電路如圖2所示，信號為正極性輸入，正極性輸出。隔離電路中，R1調節初級運算放大器的輸入偏置電流的大小，C1起反饋作用，同時濾除了電路中的毛刺信號，避免HCNR200中的鋁砷化鎵發光二極管（LED）受到意外的沖擊。但是，隨著頻率的提高，阻抗將變小，HCNR200的初級電流增大，增益隨之變大，因而，C1的引入對通道在高頻時的增益有一定影響，雖然減小C1的值可以拓展帶寬，但是，會影響初級運算放大器的增益，同時，初級運算放大器輸出的較大毛刺信號不易被濾除。R3可以控制LED的發光強度，對控制通道增益起一定作用。

3.2 光電壓模式下的電流檢測電路設計

HCNR200工作在光電壓模式下的檢測電流電路如圖3所示，信號為正極性輸入，正極性輸出。R1、R2、R3、C1的作用與在光電導模式下的作用基本相同。放大器A1調節電流If。當輸入電壓Vin增加時，I1增加，同時放大器A1“＋”輸入端電壓增加，促使電流If增加。由于D1與D2之間的聯系，I1就會把“＋”輸入端電壓重新拉回0V，形成負反饋。如果放大器A1的輸入電流很小，那么流經R1的電流就為Vin/R1=I1。顯而易見，I1與Vin之間是線性比例關系。I1穩定線性變化，If也穩定線性變化。因為D3受到D1光照，I2也跟著穩定線性變化。放大器A2和電阻R2將I2轉化成電壓VOut=I2×R2。

4 運算放大器的選擇

HCNR200/201是電流驅動型器件，其LED的工作電流為1mA～20mA，因此，運算放大器A1的驅動電流也必須達到20mA，能達到這種輸出電流能力的運算放大器輸出級一般為雙極型，因此，選雙極型運算放大器較合適。同時，根據輸入電壓范圍，也要求運算放大器有相應的共模輸入和輸出能力。本設計電路采用單電源供電的HA17324集成運算放大器，其輸出電流可達40mA。

5 電阻器的選擇

下面討論光電導模式下電阻器的選擇。

A1組成驅動級的等效電路如圖4所示。圖中，Rf是等效反饋電阻器。該等效電路是典型的同相型放大器，故U＋=U－，且U＋=Vin，因此Vin=U－。

由圖2顯而易見，

式中，VD1為D1的正向壓降。 由圖4可見，

故將式（3）代入式（4）

由于器件參數的離散性，I1近似等于0.005If，K3=I2/I1≈1，所以，R1、R2、R3尚需在估算值附近調整，力求獲得最佳線性度。

調節后，最佳線性度為220Ω。

6 結論

應用線性光耦合器組成的模擬信號隔離電路的線性度好，電路簡單，有效地解決了模擬信號與單片機應用系統的電氣隔離問題。若驅動級、緩沖級采用組合型運算放大器，可使線性度提高。 HCNR200可以廣泛地應用在需要良好穩定性、線性度和帶寬的模擬信號隔離場合。采用兩片HCNR200可以工作在雙極性輸入/雙極性輸出模式;同時，還可以工作在交直流電路、變換器的隔離、熱電偶的隔離、4mA～20mA模擬電流環發射/接收等多種模式下，可廣泛應用在數字通訊、電壓電流檢測、開關電源、測量和測試工業過程控制等方面。 將該器件用于電機電流測量，電流反饋準確、可靠，在實現電流閉環控制中發揮了作用。

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