一、简述

以avago企业的hcnr201线性光电耦合器为例子表明线性光耦的内部结构基本原理及防护控制电路的基本原理。

针对模拟信号的防护，应用一般的光电耦合器元器件防护就能实现不错的实际效果。殊不知一般的光电耦合器具备很大的离散系统电流量传送特点且受环境温度改变的干扰很大，针对脉冲信号的传送其准确度和线性无法达到系统要求。为了更好地能更准确地传输脉冲信号，用线性光耦防护是较好的挑选。线性光耦輸出数据信号随键入数据信号转变 而成占比转变 ，它为脉冲信号传送中防护控制电路的简单、高精密化产生了便捷。

在工业生产精确测量和自动控制系统中，为避免外部的多种影响，务必将检测系统和计算机软件开展电气隔离。常见的隔离措施有变电器防护、电容耦合防护和光耦隔离。与变电器防护、电容耦合防护对比，光电耦合器体型小，价格低，防护电源电路简易且能够彻底清除前后左右级的互相影响，具备更强的抗干扰性。

二、hcnr201线性光耦隔离基本原理

线性光耦hcnr201内部构造基本原理如图所示1所显示。hcnr201由一个性能卓越发光二极管led和2个邻近配对的光敏二极管pd1和pd2构成，这两个光敏二极管有相同的技术参数。led是防护数据信号的键入端，当有电流量穿过时便会发亮，2个光敏二极管在光亮直射时便会造成光电流，hcnr201的內部封裝构造促使pd1和pd2都能从led获得类似阳光照射，且磁感应出正比例于led亮度单位的光电流。光敏二极管pd1起负的反馈功效用以清除led的离散系统和误差特点产生的偏差，改进键入与輸出电源电路间的线形和溫度特点，平稳电源电路特性。光敏二极管pd2是线性光耦的输入输出端，接受由led传出的光照而造成与光照强度正相关的输入输出电流量，做到键入及輸出电源电路间电流量隔离的作用。恰好是hncnr201內部的封裝构造、pd1与pd2的严苛占比关联及pd1负的反馈的效果确保了线性光耦的高可靠性和高线性。

图1 线性光耦hcnr201内部构造

三、线性光耦hcnr201防护电源电路

1.原理

hcnr201的led、pd1及运算放大器a1等构成防护控制电路的导入一部分，pd2及运算放大器a2等构成防护控制电路的导出一部分。设防护电源电路输进电流为vin，输出电压为vout，led上电流量为if，二极管pd1上形成的工作电流为ipd1，二极管pd2上形成的工作电流为ipd2，如图2所显示。

图2 线性光耦hcnr201仿真模拟工作电压防护电源电路

防护电源电路中pd1产生了负的反馈，当有工作电压vin键入时，运算放大器a1的輸出使led上面有电流量if穿过，且键入电流的转变 反映在电流量if上，并推动led发亮把电子信号转化成光信号灯不亮。led传出的光被pd1检测到并造成光电流ipd1。与此同时，键入工作电压vin也会形成电流量穿过r1。假设a1是理想化运算放大器，则沒有电流量注入a1的键入端，穿过r1的电流量可能穿过pd1到地，因而，ipd1=vin/r1。留意，ipd1只在于键入工作电压vin和r1的值，与led的光频率特性不相干。又因led传出的光与此同时直射在2个光敏二极管上，且pd1和pd2完全一致的，理想化状况下ipd2应当相当于ipd1。界定一个指数k，有ipd1=kipd2，k约为1±5%(当集成ic制做成功后随着明确)。运算放大器a2和电阻器r2把ipd2转化成输出电压vout，有vout=ipd2r2，组成上边的3个方程式获得输出电压和键入工作电压关联：vout/vin=kr2/r1，因而，输出电压vout具备可靠性和线形，其增益值可利用调节r2与r1的值来完成，一般取r1和r2的值同样。

防护电源电路中电阻器r1起过流保护功效。r3用以操纵led的亮度单位，进而对操纵安全通道增益值起一定功效。电容器c1、c2为意见反馈电容器，用以提升线路的可靠性。运放电路a1的效果是把工作电压数据信号转化成电流量数据信号，运放电路a2的效果是把光电耦合器輸出的电流量数据信号转换为电流数据信号，并提高负荷推动工作能力。

2.常见问题

(1) 要完成讯号的彻底防护，不但数据信号自身要防护，提供防护前后左右电源电路工作中的开关电源也必须防护。电源电路中前后左右级运算放大器选用了单独的开关电源供电系统，具有防护影响的功效。

(2) 因为线性光耦引进信息反馈，因此防护电源电路不适感用以被测数据信号改变太快或頻率很高的场所。

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