光电隔离电路设计方案(六款基于光耦、AD210AN的光电隔离电路图)

来源:网络整理 作者:2018年02月07日 04:44
关键词:光电隔离光耦

光电隔离电路设计方案(一)

光耦亦称光电隔离器或光电耦合器,简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件,通常把发光器(红外线发光二极管LED)与受光器(光敏半导体管)封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线,受光器接受光线之后就产生光电流,从输出端流出,从而实现了“电-光-电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器。

完成了大功率开关电源主回路设计,该电路采用的是全桥拓扑经过高频变压器转换再整流,实验项目是三相进线15V/6KA输出。其中,主回路的保护设计及报警设计是必不可少的。我首先想到的是,通过单片机输出控制继电器动作,而且由于抗干扰的要求,我必须通过光耦隔离。光耦隔离继电器保护电路设计应需而生。

主要电路设计如下图:

光电隔离电路设计方案汇总(六款模拟电路设计原理图详解)

该继电保护主要隔离应用的是TI公司生产的TIL117光耦芯片。该芯片无需供电,通过光耦二极管上拉15V电源输出15mA即可正常工作,有效隔离了输出侧对主回路的电磁影响。

另外该电路还有一个+24V供电电源,大部分继电器设计的时候都需要24V,该电源设计图如下:

光电隔离电路设计方案汇总(六款模拟电路设计原理图详解)

该电路主要的稳压芯片采用的是生产设计的UA7824芯片,该芯片输入电压可调范围宽,稳压性能好,功耗低价格低廉。在继电器电路设计的图纸中,稳压电源我大部分是用的这个芯片。

光电隔离电路设计方案(二)

新型电路原理

图1所示是笔者设计的隔离放大器的原理电路。本隔离放大电路主要由光电耦合器和运算放大器构成。光电耦合器选用普通光耦TLP521,运算放大器则选择通用运算放大器LF353。通过这两种普通器件的搭配。所得到的隔离放大器性能和专用模拟隔离放大器的性能相近。

光电隔离电路设计方案汇总(六款模拟电路设计原理图详解)

图1所示是放大器加普通光耦组成的隔离放大电路。本隔离放大电路由输入和隔离输出两部分构成,且两部分使用隔离的电源(Vcc1、Vee1和Vcc2、Vee2供电。

输入部分由运放U1,电阻R1、R2、R3、R4、R5,电容C1、C2,光电耦合器OPT1、OPT2、OPT3、OPT4的发光二极管部分OPT1_A、OPT2_A、OPT3_A、OPT4_A和OPT1、OPT3的光敏三极管部分OPT1_B、OPT3_B组成,由正电源Vcc1和负电源Vee1供电。

OPT1_A、OPT2_A和OPT3_A、OPT4_A的电流构成差动放大输入。R1和R2为运放的输入电阻,R3和R4可为四个光耦的发光二极管(LED)提供偏置和控制电流。运放U1和光耦OPT1、OPT3组成了一个射级跟随器,R5上的电压即为运放的输入电压。

运放的带宽决定着构成隔离放大器的带宽。现有的集成模拟隔离放大器的带宽均在100kHz以下,而常用运放的带宽是这个带宽的几倍到几十倍。

因此,本设计选用一般的运放就可以满足输入部分的带宽要求。所以,输入级的运算放大器可选用普通运放(如LF353)。R7和C3用来滤波。本电路的隔离输出部分由OPT2、OPT4的光敏三极管OPT2_B、OPT4_B、电位器W1和输出电阻R6组成。

OPT2_B和OPT4_B为隔离输出,它的电路结构和输入部分的光敏三极管相似,用于为输出级提供电流。电位器W1用来调零。而两部分光耦的电流传输比有偏差时,就会造成光耦LED电流相等而输出级电流差不相同,从而使输出电压vo的零点产生漂移。因此,调节电位器W1可以消除这种由于光耦器件特性偏差所带来的零点漂移。R6为输出负载,它和电位器W1共同决定输出电压vo。

由此可知,本设计选用普通光耦即可(如东芝公司的光电耦合器TLP521)。

AD210AN集成放大器

AD210AN是AD公司的集成模拟隔离放大器芯片。在该隔离放大电路中,AD210的16、17两引脚连接在一起,可实现信号跟踪功能。18、19两引脚之间通过电阻Ra接信号源Vs,18脚和Vs共地。脚1和脚2为输出引脚,Rb为输出负载电阻(使用时可选Ra=Rb=1kΩ)。该电路可实现1:1的隔离传输功能。

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