高线性度模拟光电耦合器的性能及设计理念

高线性度模拟光电耦合器的性能及设计理念

高线性度模拟光耦合器提供满足各种模拟隔离要求所需的多功能性。 对于高压应用的设计人员来说，高线性度模拟光耦合器可以在非常高电压和低电压区域可靠地发送模拟信号而不会失真。 本文详细研究了高线性度模拟光耦的内部运行和伺服控制机制。 还提供了应用示例，范围从电机控制电流检测到过程控制中的传统电流回路通信。


长期以来，标准数字光耦合器一直被用于满足高压应用中的光隔离要求。 将数字光耦与信号处理电路结合可以满足高压隔离的需求，但这会使设计复杂化，不适用于需要模拟输入和模拟输出的应用。 市场上的一些线性光耦合器确实提供模拟隔离，但它们不能提供必要的性能，例如线性度、增益精度和足够高的工作绝缘电压。 也可以考虑隔离放大器光耦合器，但设计人员必须考虑成本和性能之间的权衡。 

具有高线性度的模拟光耦合器非常适合在需要出色稳定性、线性度和带宽的各种应用中隔离模拟信号。 优化后的电路可以处理不同类型的信号，包括单极/双极、AC/DC 和反相/反相。 某些应用需要非常高的隔离电压。 例如，在电机驱动高端电流传感和相电流传感应用中，工作电压可能高达1kV。 光耦合器需要专门设计以在如此恶劣的条件下工作。 以下示例使用 Avago 的 HCNR200/201 光耦合器来说明各种隔离应用，这些应用可受益于高达 1.4kV 的高线性度和工作隔离电压。 

电流传感和电压监测应用高线性度对于各种应用中的电流检测和电压监测至关重要，例如电机控制驱动器、开关电源反馈回路和逆变器系统。变速电机驱动器作为电机控制驱动器的一部分，不仅在工业应用中得到了越来越广泛的应用，而且在家用电器中的关键器件如IGBT/MOSFET、门极驱动器和微控制器（MCU）等也得到了越来越广泛的应用，模拟电流和电压传感器是反馈给单片机实现稳定和保护系统控制的重要环节。由于存在高压，安全和监管机构通常（通常由安全和监管机构要求）通过电气隔离保护操作电机和低压数字电子设备的人员。直流母线电压监测、直流母线电流检测、交流相电流检测、温度和位置检测需要高绝缘电压（5kvrms/1min额定值）的光耦。

这些应用程序显示在一个典型的电机驱动器框图中（显示在一个称为“模拟隔离模块”的方框中）。从图中可以看出，电阻R2和R5分别用于测量直流母线电压和直流母线电流，而电阻R3和R4用于测量电机的相电流。温度和位置等参数可由连接至电机的适当传感器感测，其输出馈送至另一模拟隔离模块。然后，所有参数通过屏障传输，由单片机采集。