整理线性光耦原理与电路设计

　　光隔离是一种很常用的信号隔离形式。常用光耦器件及其外围电路组成。由于光耦电路简单，在

　　数字隔离电路或数据传输电路中常常用到，如UART协议的20mA电流环。对于模拟信号，

　　光耦因为输入输出的线形较差，并且随气温变化较大，限制了其在模拟信号隔离的应用。

　　对于高频交流模拟信号，变压器隔离是最常见的选择，但对于支流信号却不适用。一些厂家提供

　　隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案，如ADI的AD202,可提供从直流到几K的频率

　　内提供0.025%的线性度，但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换，对产生的交流信号进行

　　变压器隔离，然后进彳T频率-电压转换得到隔离效果。集成的隔离放大器内部电路复杂，体积

　　光耦没有差别，只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变，增加一个用于反馈的光接受电路用于

　　反馈。这样，虽然两个光接受电路都是非线性的，但两个光接受电路的非线性特性都是一样的，

　　这样，就能够最终靠反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性，进而达到实现线性隔离的目的。

　　其中1、2引作为隔离信号的输入，3、4引脚用于反馈，5、6引脚用于输出。1、

　　2引脚之间的电流记作IF,3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作IPD1

　　和IPD2。输入信号经过电压-电流转化，电压的变化体现在电流IF上,IPD1和

　　的变化范围在0.25%到0.75%之间），但芯片的设计使得K1和K2相等。在后面

　　可以看到，在合理的外围电路设计中，真正影响输出/输入比值的是二者的比值K3,线性光耦正

　　利用这种特性才可以做到满意的线的内部结构完全相同，差别在于一些指标上。相对于

　　从上面能够准确的看出，和普通光耦一样，线性光耦真正FB离的是电流，要想真正隔离电

　　压，需要在输出和输出处增加运算放大器等辅助电路。下面对HCNR200/201的

　　典型电路做多元化的分析，对电路中怎么来实现反馈以及电流-电压、电压-电流转换进行推导与说明。

　　Agilent公司的HCNR200/201的手册上给出了多种实用电路，其中较为典型的一种如下图

　　设输入端电压为Vin,输出端电压为Vout,光耦保证的两个电流传递系数分别为

　　设运放负端的电压为，运放输出端的电压为，在运放不饱和的情况下二者满足下面

　　忽略运放负端的输入电流，可以认为通过R1的电流为IP1,根据R1的欧姆定律得:

　　其中,为光耦2脚的电压考虑到LED导通时的电压（）基本不变，这里的作为常数对待。

　　运放可以是单电源供电或正负电源供电，上面给出的是单电源供电的例子。为了能使输入范围能

　　压摆率不可能影响整个电路的性能。TI公司的LMV321单运放电路能够很好的满足以上要求，可以作

　　电阻的选型需要仔细考虑运放的线性范围和线性光耦的最大工作电流IFmax。K1已知的情况下，

　　IFmax又确定了IPD1的最大值IPD1max,这样，由于Vo的范围最小可以为0,这样，由于

　　另外,由于工作在深度负反馈状态的运放满足虚短特性，因此，考虑IPD1的限制，

　　R2的确定能够准确的通过所需要的放大倍数确定，例如如果不需要方法，只需将R2=R1即可。

　　另外由于光耦会产生一些高频的噪声，通常在R2处并联电容，构成低通滤波器，具体电容的值

　　假设确定Vcc=5V,输入在0-4V之间,输出等于输入，采用LMV321 运放芯片以及 上面电路，

　　本文给出了线性光耦的简单介绍以及电路设计、 参数选择等使用中的注意事项与

　　参考设计，并对电路的设计方法给出相应的推导与解释，供广大电子工程师参考。