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  • 线性光耦
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    2021-11-29 18:07:56

    线性光耦隔离检测电压电路

    HCNR200/201是美国Agilent公司推出的一种性价比较高的模拟线性光耦隔离器,具有低成本、高线性度、高稳定度、频带宽、设计灵活的优点,可以工作在单极/双极、直流/交流、同相/反相等条件下,通过外接不同的分立器件,可以实现多种光电隔离转换电路。

    主要特性如下:

      非线性度:0.01%

    K3(Ipd2/Ipd1)传递增益

      HCNR200:(100士15)%

      HCNR201:(100土5)%

      耐压:交流800V;直流1000V

      增益温度系数:-65ppm/“C

      带宽:》IMHz

    8引脚DIP和贴片两种封装形式

    HCNR200/201包括一只高性能的发光二极管(图中的LED),两只极其相似的光电二极管(图中的PD1和PD2)。当LED中流过电流If时。其发出的光会在PD1和PD2中感应出正比于LED发光强度的光电流Ipd1和Ipd2。由于PD1和PD2的特性非常相似,再加上安装位置的精确性以及元件先进的封转设计保证了该元件的高线性度和增益的稳定性。其中If,IPD1和IPD2满足以下关系:

    IPD1=K1*If.........................................(1)

    IPD2=K2*If..........................................(2)

    K=IPD1/IPD2.........................................(3)

    试中K1,K2分别为输入输出光电二极管的电流传输比,其典型值为 HCNR200:士15%HCNR201:土5%因为If一般为1-20mA之间,所以IPD1,IPD2一般在50uA以下;K被定义为传输增益。

     

     

    硬件电路设计

    图中硬件电路所示,主要由三个部分组成。第一部分是高精度电阻分压网络和第一级运放。第二部分是第二级运放通过HCNR200/HCNR201组成的负反馈网络。第三部分是第三级运放将电流转换成电压。第四部分是第四级运放组成电压跟随器。

    图中的网络属性,CC1-IN GND-CC为检测电压的电压端和地线端。HCNR200/HCNR201的前半部分采用DCDC隔离模块转换出的5V供电,与后端单片机端隔离开,这样各种干扰信号不会引入到光耦后端系统。R4,R6,R9组成高精度电阻分压网络,将检测电压转换成0--5V(第三级运放输出端接至单片机的AD接口)。第一级运放做电压跟随器,这一级运放是必须加的。电压跟随器起到降低阻抗的作用,避免后级对R9的影响(个人在调试的过程中没有添加电压跟随器,出现高精度分压网路引入第二级运放的电流影响)。电流R8起到限流作用,根据公式

    .........................................................(4)

    R8一般取几百欧,该设计中选取200欧。

    该设计中运放都是选用高精度运放LMV358.下面分析一下HCNR200/HCNR201的工作流程。将U1A的电压输出设为V1,对于运放U1B,根据虚短原则,我们可得:   

    IPD1=V1/R7......................................(5)

    运放U4A的输出电压设为V0,对于运放虚断原则,可得

    VO=IPD2*R3.....................................(6)

    根据(3)式可得

    V0=K*IPD1*R7=K*V1/R3*R7.......................(7)

    本设计中R7=R3=100K,所以可得

    V0/V1=K=1......................................(8)

     分析:

    1、K的典型值为1

    2、此设计中只分析隔离电路部分,单片机及显示部分不再介绍。想进一步学习可参考网上相关资料。

    3、本电路也适合直流高压电路,当CC1-IN为直流高压时,就需调整R4、R6,R9的值,在输出端可以得到适合单片机检测的电压。

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    前言

    最近要做一个STM32单片机电压采集电路,为了实现物理隔离和0V~28V电压采集,决定选用HCNR200线性光耦实现。


    一、HCNR200线性光耦隔离电路

    HCNR200线性光耦隔离电路来源于其芯片手册 https://pdf.ic37.com/AVAGO/HCNR200-500E_datasheet_12765946/
    芯片手册上的基本隔离放大器-实用电路:
    基本隔离放大器-实用电路
    使用PROTUES对其进行仿真,电路中的放大器使用的是LM358双运算放大器,刚好和一个HCNR200搭建成电路,U1(LEDA)为输入电压,U2:A为放大器供电电源,U2:B为电压探针,R1=200K,R2=200Ω,R3=200K,C1=C2=1nF,
    在这里插入图片描述
    设置直流电源U2:A=5V,输入U1(LEDA)=3.3V,仿真结果如下:
    在这里插入图片描述
    设置直流电源U2:A=5V,输入U1(LEDA)为3.3V,1hz脉冲,,仿真结果如下(蓝线为输入,黄线为输出):
    在这里插入图片描述

    二、降压电路

    降压电路使用电阻分压。


    总结

    仿真文件免费下载:https://download.csdn.net/download/qq_37654500/85215705

    展开全文
  • 光耦线性化与线性光耦器件的应用.pdf
  • 光耦线性化与线性光耦器件的应用(20211010121656).pdf

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