多路输入的高压隔离线性光耦放大电路

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多路输入的高压隔离线性光耦放大电路



该电路对各路信号进行放大、校正,供A/D转换使用。我们采用线性光耦合放大电路。线性光耦合器件TIL300的输入输出之间能隔离3500V的峰值电压,可以有效地将测量通道与计算机系统隔离开来,使计算机系统避免测量通道部分较高电压的危害,对信号放大的线性度也很好。
多路输入和信号调理电路如图1所示。
图1中TIL300是光线光耦合器件,适合交流与直流信号的隔离放大,主要技术指标如下：
*带宽>200kHz;
*传输增益稳定度为±0.05%/℃;
*峰值隔离电压为3 500V。
C104是0.1μF的独石电容,防止电路产生震荡。TIL300内部D0是发光二极管,其电流工作点If可选为10mA。D1、D2为光敏二极管,它们受D0的激发分别产生电流Ip1和Ip2,其大小与If有关：
Ip1=K1·If
Ip2=K2·If
其中K1·If、K2·If表明Ip1,Ip2随If的变化规律,可称为光耦合函数。由于D1、D2用相同的工艺作成并与D0封装在一起,因此,它们的光耦合函数的变化规律相当一致,故可设：
K=Ip2/Ip1=(K2·If)/(K1·If) （1）
实际上可以把K看作常数,K的值是TIL300的电气参数,典型值为1。参数取值范围为0.75～1.25。
U1构成一个负反馈放大器,其同相输入端和反相输入端的电压应近似相等,即满足式（2）：
Vi≈Ip1·R1 （2）
U3是一个射极跟随器,输入阻抗很高,输出电压Vo等待输入端电压：
Vo≈Ip2·R2 (3)
于是高压隔离线性光耦合放大电路的增益可由式（4）计算：
Vo/Vi=(Ip2/Ip1)·(R2/R1)=K(R2/R1) (4)
由于被测量的蓄电池电压是由R3、R4、R5分压后输入U1同相端的,所以
Vi=E·[R5/R3+R4+R5]] (5)
E是蓄电池的端电压,由此可得：
Vo=K·(R2/R1)·[R5/(R3+R4+R5)·E (6)
式（6）表明Vo与E是线性关系。
微型继电器输入端串接的50Ω电阻是测量回路中的限流电阻、防止意外短路或绝缘不良产生过大电流烧毁器件或毁坏蓄电池。由于U1运算放大器的输入阻抗很高,50Ω限流电阻对测量精度无影响。这些限流电阻应选择功率值大于1W的金属膜电阻。调节电位器R4可以适应不同端电压的蓄电池。
I+12V是个独立电源,用于U1和TIL300的输入部分;±12V也是个独立电源,用于U3和TIL300的输出部分。这两个电源的隔离对电路的高压隔离性能有很大影响,应选用电源变压器中两组彼此有良好绝缘的线圈来制作。