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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(shè)備和大多數(shù)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(yīng)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(cè)的 LED 發(fā)射器和輸出側(cè)的雙極光電檢測(cè)器組成，兩者之間由高介電強(qiáng)度絕緣膜隔開，并封裝在一個(gè)小封裝中。

 

最初，這些光耦合器主要用于數(shù)字應(yīng)用。它們以輸入-輸出響應(yīng)的非線性而著稱，并且需要巧妙的設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)“使”它們?cè)诰€性應(yīng)用中工作。鮮為人知的是，現(xiàn)在也可以使用線性光耦合器。小尺寸、高可靠性和低功耗等特性使光耦合器深受數(shù)字設(shè)計(jì)人員的歡迎，也使它們成為模擬設(shè)計(jì)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(cè)應(yīng)用。該模擬隔離放大器旨在取代傳統(tǒng)的電流測(cè)量方法，例如閉環(huán)或開環(huán)霍爾效應(yīng)器件或電流互感器。在本文中，介紹了線性密封光耦合器，例如 HCPL-7851、HCPL-785K 或 HCPL-7850。我們還將這些密封線性放大器的性能與霍爾效應(yīng)器件和電流互感器等競(jìng)爭(zhēng)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(shè)計(jì)用于執(zhí)行線性電流檢測(cè)或電壓檢測(cè)，  保證帶寬為 40 kHz。專有的內(nèi)部屏蔽工藝旨在在 1 kV 的共模電壓下實(shí)現(xiàn) 5 kV/μs 的高共模噪聲抑制 (CMR)。在 -55° 至 125°C 的完整軍用標(biāo)準(zhǔn)工作溫度范圍內(nèi)以及 ±200mV 的滿量程輸入動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，保證 0.8% 的  非線性度。模擬放大器的總功耗非常低。輸入側(cè)和輸出側(cè)分別消耗不超過 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(shù)轉(zhuǎn)換器，這些轉(zhuǎn)換器光耦合到集成輸出數(shù)模轉(zhuǎn)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(xiàn)代快速開關(guān)電機(jī)控制電子設(shè)備中通常是必需的。它們還通過從輸入到輸出的信號(hào)光傳輸提供高隔離電壓。電壓由隔離放大器輸入通過與輸入引腳并聯(lián)的低值外部分流電阻器檢測(cè)。模擬線性度在 ±200 mV 的  輸入范圍內(nèi)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。

 

通過作為 ΣΔ 放大器一部分的斬波穩(wěn)定差分放大器以高速率對(duì)輸入進(jìn)行采樣。以非常高的速率進(jìn)行輸入感測(cè)是通過通常在 6 到 10 MHz 之間的采樣率實(shí)現(xiàn)的。這種高速感測(cè)確保在以高頻信號(hào)感測(cè)輸入時(shí)始終滿足奈奎斯特準(zhǔn)則。

    

 

使用 HCPL-7851 隔離放大器進(jìn)行電流檢測(cè)的典型應(yīng)用電路

 

在操作中，ΣΔ 調(diào)制器將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為高速串行位流。該位流的平均時(shí)間與輸入信號(hào)成正比。該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流被編碼并以光學(xué)方式傳輸?shù)綑z測(cè)器電路。檢測(cè)到的信號(hào)被解碼并轉(zhuǎn)換回模擬信號(hào)，然后過濾以獲得  終輸出信號(hào)。圖 2 顯示了一個(gè)典型的應(yīng)用電路。