线性光耦原理与电路设计
线性光耦原理与电路设计
1. 线形光耦介绍
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，并且随温度变化较大，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，能够提供从直流到几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，然后进行频率-电压转换得到隔离效果。集成的隔离放大器内部电路复杂，体积大，成本高，不适合大规模应用。
模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别，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，就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性，从而达到实现线性隔离的目的。
市场上的线性光耦有几中可选择的芯片，如Agilent公司的
HCNR200/201，TI子公司TOAS的TIL300，CLARE的LOC111等。这里以HCNR200/201为例介绍
2. 芯片介绍与原理说明
HCNR200/201的内部框图如下所示
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IPD2基本与IF成线性关系，线性系数分别记为K1和 K2,即
K1与K2一般很小（HCNR200是0.50%），并且随温度变化较大（HCNR200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能达到满意的线性度的。
HCNR200和HCNR201的内部结构完全相同，差别在于一些指标上。相对于HCNR200，HCNR201提供更高的线性度。
采用HCNR200/201进行隔离的一些指标如下所示：
* 线性度：HCNR200：0.25%，HCNR201：0.05%；
* 线性系数K3：HCNR200：15%，HCNR201：5%；
* 温度系数： -65ppm/oC；
* 隔离电压：1414V；
* 信号带宽：直流到大于1MHz。
从上面可以看出，和普通光耦一样，线性光耦真正隔离的是电流，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的典型电路进行分析，对电路中如何实现反馈以及电流-电压、电压-电流转换进行推导与说明。
3. 典型电路分析
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所示：
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K1、K2，显然，，和之间的关系取决于和之间的关系。
将前级运放的电路提出来看，如下图所示：
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的关系：
Vo=Voo-GVi (1)
其中是在运放输入差模为0时的输出电压，G为运放的增益，一般比较大。
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：
通过R3两端的电流为IF，根据欧姆定律得：
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。
根据光耦的特性，即
K1=IP1/IF (4)
将和的表达式代入上式，可得：
上式经变形可得到：
将的表达式代入（3）式可得：
考虑到G特别大，则可以做以下近似：
这样，输出与输入电压的关系如下：
可见，在上述电路中，输出和输入成正比，并且比例系数只由K3和R1、R2确定。一般选R1=R2，达到只隔离不放大的目的。
4. 辅助电路与参数确定
上面的推导都是假定所有电路都是工作在线性范围内的，要想做到这一点需要对运放进行合理选型，并且确定电阻的阻值。
4.1 运放选型
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够从0到VCC，需要运放能够满摆幅工作，另外，运放的工作速度、压摆率不会影响整个电路的性能。TI公司的LMV321单运放电路能够满足以上要求，可以作为HCNR200/201的外围电路。
4.2 阻值确定
电阻的选型需要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
考虑到IFmax大有利于能量的传输，这样，一般取
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，
这样，
R2的确定可以根据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，具体电容的值由输入频率以及噪声频率确定。
4.3 参数确定实例
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，下面给出参数确定的过程。
* 确定IFmax：HCNR200/201的手册上推荐器件工作的25mA左右；
* 确定R3：R3=5V/25mA=200；
* 确定R1：;
* 确定R2：R2=R1=32K。
5. 总结
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。
TL431与TLP521的光耦反馈电路几种连接方式及其工作原理
TL431与TLP521的光耦反馈电路几种连接方式及其工作原理 在一般的隔离电源中，光耦隔离反馈是一种简单、低成本的方式。但对于光耦反馈的各种连接方式及其区别，目前尚未见到比较深入的研究。而且在很多场合下，由于对光耦的工作原理理解不够深入，光耦接法混乱，往往导致电路不能正常工作。本研究将详细分析光耦工作原理，并针对光耦反馈的几种典型接法加以对比研究。1 常见的几种连接方式及其工作原理。常用于反馈的光耦型号有TLP521、PC817等。这里以TLP521为例，介绍这类光耦的特性。 TLP521的原边相当于一个发光二极管，原边电流If越大，光强越强，副边三极管的电流Ic越大。副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大系数，该系数随温度变化而变化，且受温度影响较大。作反馈用的光耦正是利用“原边电流变化将导致副边电流变化”来实现反馈，因此在环境温度变化剧烈的场合，由于放大系数的温漂比较大，应尽量不通过光耦实现反馈。此外，使用这类光耦必须注意设计外围参数，使其工作在比较宽的线性带内，否则电路对运行参数的敏感度太强，不利于电路的稳定工作。 通常选择TL431结合TLP521进行反馈。这时，TL431的工作原理相当于一个内部基准为2.5 V的电压误差放大器，所以在其1脚与3脚之间，要接补偿网络。 常见的光耦反馈第1种接法，如图1所示。图中，Vo为输出电压，Vd为芯片的供电电压。com信号接芯片的误差放大器输出脚，或者把PWM 芯片(如U C3525)的内部电压误差放大器接成同相放大器形式，com信号则接到其对应的同相端引脚。注意左边的地为输出电压地，右边的地为芯片供电电压地，两者之间用光耦隔离。 图1所示接法的工作原理如下：当输出电压升高时，TL431的1脚(相当于电压误差放大器的反向输入端)电压上升，3脚(相当于电压误差放大器的输出脚)电压下降，光耦TLP521的原边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，电阻R4上的电压降增大，com引脚电压下降，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压降低时，调节过程类似。 常见的第2种接法，如图2所示。与第1种接法不同的是，该接法中光耦的第4脚直接接到芯片的误差放大器输出端，而芯片内部的电压误差放大器必须
线性光耦hcnr201资料
1-418 H High-Linearity Analog Optocouplers Technical Data HCNR200HCNR201 CAUTION: It is advised that normal static precautions be taken in handling and assembly of this component to prevent damage and /or degradation which may be induced by ESD. I F I PD1 I PD2 NC NC PD2 CATHODE PD2 ANODE LED CATHODE LED ANODE PD1 CATHODE PD1 ANODE Features ? Low Nonlinearity: 0.01%? K 3 (I PD2/I PD1) Transfer Gain HCNR200: ±15%HCNR201: ±5% ? Low Gain Temperature Coefficient: -65ppm/°C ? Wide Bandwidth – DC to >1 MHz ? Worldwide Safety Approval -UL 1577 Recognized (5 kV rms/1 min Rating)-CSA Approved -BSI Certified -VDE 0884 Approved V IORM = 1414 V peak (Option #050) ? Surface Mount Option Available (Option #300) ? 8-Pin DIP Package - 0.400"Spacing ? Allows Flexible Circuit Design ? Special Selection for HCNR201: Tighter K 1, K 3and Lower Nonlinearity Available Applications ? Low Cost Analog Isolation ? Telecom: Modem, PBX ? Industrial Process Control:Transducer Isolator Isolator for Thermocouples 4mA to 20 mA Loop Isolation ? SMPS Feedback Loop, SMPS Feedforward ? Monitor Motor Supply Voltage ? Medical Description The HCNR200/201 high-linearity analog optocoupler consists of a high-performance AlGaAs LED that illuminates two closely matched photodiodes. The input photodiode can be used to monitor, and therefore stabilize,the light output of the LED. As a result, the nonlinearity and drift characteristics of the LED can be virtually eliminated. The output photodiode produces a photocur-rent that is linearly related to the light output of the LED. The close matching of the photodiodes and advanced design of the package ensure the high linearity and stable gain characteristics of the optocoupler. The HCNR200/201 can be used to isolate analog signals in a wide variety of applications that require good stability, linearity,bandwidth and low cost. The HCNR200/201 is very flexible and, by appropriate design of the application circuit, is capable of operating in many different modes, including: unipolar/ bipolar, ac/dc and inverting/non-inverting. The HCNR200/201 is an excellent solution for many analog isolation problems. Schematic 5965-3577E
几种常用的光耦反馈电路应用
几种常用的光耦反馈电路应用
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在一般的隔离电源中，光耦隔离反馈是一种简单、低成本的方式。但对于光耦反馈的各种连接方式及其区别，目前尚未见到比较深入的研究。而且在很多场合下，由于对光耦的工作原理理解不够深入，光耦接法混乱，往往导致电路不能正常工作。本研究将详细分析光耦工作原理，并针对光耦反馈的几种典型接法加以对比研究。 1 常见的几种连接方式及其工作原理 常用于反馈的光耦型号有TLP521、PC817等。这里以TLP521为例，介绍这类光耦的特性。 TLP521的原边相当于一个发光二极管，原边电流If越大，光强越强，副边三极管的电流Ic越大。副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大系数，该系数随温度变化而变化，且受温度影响较大。作反馈用的光耦正是利用“原边电流变化将导致副边电流变化”来实现反馈，因此在环境温度变化剧烈的场合，由于放大系数的温漂比较大，应尽量不通过光耦实现反馈。此外，使用这类光耦必须注意设计外围参数，使其工作在比较宽的线性带内，否则电路对运行参数的敏感度太强，不利于电路的稳定工作。 通常选择TL431结合TLP521进行反馈。这时，TL431的工作原理相当于一个内部基准为2.5 V的电压误差放大器，所以在其1脚与3脚之间，要接补偿网络。 常见的光耦反馈第1种接法，如图1所示。图中，Vo为输出电压，Vd为芯片的供电电压。com信号接芯片的误差放大器输出脚，或者把PWM 芯片(如UC3525)的内部电压误差放大器接成同相放大器形式，com信号则接到其对应的同相端引脚。注意左边的地为输出电压地，右边的地为芯片供电电压地，两者之间用光耦隔离。 图1所示接法的工作原理如下：当输出电压升高时，TL431的1脚(相当于电压误差放大器的反向输入端)电压上升，3脚(相当于电压误差放大器的输出脚)电压下降，光耦TLP 521的原边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，电阻R4上的电压降增大，com 引脚电压下降，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压降低时，调节过程类似。 常见的第2种接法，如图2所示。与第1种接法不同的是，该接法中光耦的第4脚直接接到芯片的误差放大器输出端，而芯片内部的电压误差放大器必须接成同相端电位高于反相端电位的形式，利用运放的一种特性——当运放输出电流过大(超过运放电流输出能力)时，运放的输出电压值将下降，输出电流越大，输出电压下降越多。因此，采用这种接法的电路，一定要把PWM 芯片的误差放大器的两个输入引脚接到固定电位上，且必须是同向
光耦合器的作用及其电路
光耦合器的作用及其电路 摘要线性光耦合器是目前国际上正推广应用的一种新型光电隔离器件。文中介绍其性能特点、产品分类，以及它在单片开关电源中的应用。 关键词光耦合器线性电流传输比通信单片开关电源 光耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）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。普通光耦合器只能传输数字（开关）信号，不适合传输模拟信号。近年来问世的线性光耦合器能够传输连续变化的模拟电压或模拟电流信号，使其应用领域大为拓宽。 1 光耦合器的类型及性能特点 1.1 光耦合器的类型 光耦合器有双列直插式、管式、光导纤维式等多种封装形式，其种类达数十种。光耦合器的分类及内部电路如图1所示。图中是8种典型产品的型号：(a)通用型(无基极引线)； (b)通用型(有基极引线)；(c)达林顿型；(d)高速型；(e)光集成电路；(f)光纤型；(g)光敏 晶闸管型；(h)光敏场效应管型。 1.2 光耦合器的性能特点 光耦合器的主要优点是单向传输信号，输入端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高。它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电路、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占 空比，达到精密稳压目的。 1.3 光耦合器的技术参数 主要有发光二极管正向压降VF、正向电流IF、电流传输比CTR、输入级与输出级之间的绝缘电阻、集电极-发射极反向击穿电压V(BR)CEO、集电极-发射极饱和压降VCE(s at)。此外，在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降时间、延迟时间和存储时间等参数。 常用参数： 正向压降VF：二极管通过的正向电流为规定值时，正负极之间所产生的电压降。 正向电流IF：在被测管两端加一定的正向电压时二极管中流过的电流。 反向电流IR：在被测管两端加规定反向工作电压VR时，二极管中流过的电流。 反向击穿电压VBR：：被测管通过的反向电流IR为规定值时，在两极间所产生的电压降。 结电容CJ：在规定偏压下，被测管两端的电容值。 反向击穿电压V(BR)CEO：发光二极管开路，集电极电流IC为规定值，集电极与发射集间 的电压降。 输出饱和压降VCE(sat)：发光二极管工作电流IF和集电极电流IC为规定值时，并保持I C/IF≤CTRmin时（CTRmin在被测管技术条件中规定）集电极与发射极之间的电压降。
TL431与光耦反馈回路设计
前言：回授迴路的設計需要仔細地思考與分析。未被發現的不良回授路徑很容易被忽略，並且會危害電路設計。本文將探討一種常見的回授電路，與設計人員所面臨的潛在問題，並將提出這些問題的解決方案。 TL431／光耦合器回授電路 TL431與光耦合器是電源轉換器設計人員常用的一種組合。但若不謹慎思考與設計，此組合會讓工程師感到十分棘手。本文將討論許多經驗不足甚至連部份有經驗的設計人員皆容易落入的窠臼。 圖1是典型電路。R1與R2組成的電阻分壓器在輸出電壓達到目標值時，會讓R1與R2的接點電壓剛好等於TL431的內部參考電壓。電阻R3以及電容C1與C2提供TL431所需的回授迴路補償以便穩定控制迴路。迴路增益值決定後，即可計算這些元件值並將它們加在一起。 圖1：典型的TL431回授電路。
圖1的TL431電路增益可由下列公式計算： 其中Zfb等於: ω則代表角速度（radians/sec）。 光耦合器迴路增益＝（R6/R4）×光耦合器電流轉換比（Current Transfer Ratio；CTR），設計人員必須知道光耦合器的電流轉換比，才能計算該增益。 但實際轉移函數是由光耦合器的LED電流決定，所以圖1的TL431電路總增益還包括另一因數。該函數是（Vout-Vcathode）／R4，其中Vout等於進入TL431的Vsense電壓，這使得TL431與光耦合器的「總增益方程式」等於： 上式的+1項在本文裡代表「隱藏」的回授路徑，只要Zfb/R1遠大於1即可忽略。在後面的示波器圖片中，將進一步解釋和顯示該項的影響，我們現在先假設這個公式是正確的。 設計人員只要將電源轉換器的各項增益元素相乘，就能得到不考慮回授電路影響下的轉換器開迴路增益。這些元素包括：變壓器圈數比；PWM主動輸出濾波器元件效應和TL431增益以外的相關負載效應；以及光耦合器的影響。 轉換器會在特定的開關頻率下操作。設計人員知道開迴路總增益須在低於該頻率6分之1的某個點跨過0dB，因此多數設計人員會留下適當的元件公差，其它人則會將跨越點設計在大約該頻率10分之1的位置。在此例中，我們假設開關頻率固定為100kHz。 由於已知控制到輸出增益（control-to-output gain）在目標跨越頻率點的增益值，接下來只要讓TL431回授迴路和光耦合器的增益等於該增益值的倒數即可。
光耦隔离电路(参考提供)
光耦电路设计 目录 简介： (2) 输入电路（原边） (2) 输出电路（副边） (6) 电流传输比： (7) 延时： (9)
简介： 外部信号可能是电压、电流或开关触点，直接接入电路可能会引起瞬时高压、过压、接触点抖动等。因此在外部信号输入之前，须经过转换、保护、滤波、隔离等措施。对小功率信号处理时: 通常简单采用RC 积分滤波或再添加门电路；而在对大功率信号处理时：输入与内部电路电压或电源电压的压差较大，常常采用光电耦合器来隔离。 使用光耦设计隔离电路时，特别要注意电流传输比的降额，驱动电流关断和开通的大小，与延迟相关的负载大小及开关速率。在进行光耦输入电路设计时，是以光耦为中心的输入电路与输出电路（即原边与副边的电路），光耦的工作原理就是输入端输入信号V in ，光耦原边二极管发光使得光耦副边的光敏三极管导通，三极管导通形成回路产生相应信号（电压或者电流），这样就实现传递信号的目的。在进行光耦输出电路设计时，计算公式与输入部分相同，同时需关注电平匹配、阻抗匹配、驱动功率、负载类型和大小。以下针对光耦输入电路设计为例。 输入电路（原边）： 针对于光耦原边的电路设计，如图1 ， 就是设计发光二级管的驱动电路。因此须 首先要了解光耦的原边电流I F 和二极管的导通压降V F 等相关信息。根据必要的 信息来设计LED 驱动电路，和通常的数字输入电路一样，输入端需要添加限流电阻对二极管起保护作用。而这个电阻的阻值则是此处的关键，对于图1的限流电阻R 的阻值可以根据下面的公式计算： ……………………… ① 波。并且RC 电路的延迟特性也可以达到测试边沿，产生硬件死区、消除抖动等 图1 LED 驱动电路
线性光耦隔离电路
线性光耦隔离电路 线性光耦隔离电路的设计 所设计的线性光耦隔离电路是由两个光电耦合器、两个偏置输入电路和一个差分放大电路组成，框图如图1所示。 因为光电耦合器有其特有的工作线性区，偏置输入是用来调节光电耦合器(1)的输入电流，使其工作在线性区。而光电耦合器(2)和偏置输入(2)通过差分放大电路来耦合光电耦合器(1)的漂移和非线性。差分放大电路还用来得到放大的模拟信号。 光耦隔离放大电路采用TLP521-2光电耦合器、LF356普通一路放大器和LF347普通四路放大器。TLP521-2光电耦合器是集成了图1中光电耦合器(1)和(2)，LF356主要用于信号输入前的信号处理，一方面保证光电耦合器工作在线性区，另一方面，对输入信号作简单的放大。LF347则组成差分放大电路。所以光耦隔离放大电路的结构图如图2所示。 线性光耦隔离电路的接线原理如图3所示。 图中，LF356为放大器(1)，中间两个光电耦合器由TLP521-2构成，后面四个放大器由LF347构成。
线性光耦隔离电路的工作原理 光电耦合器的工作特性 TLP521-2光电耦合器是由两个单独的光电耦合器组成。一般来讲，光电耦合器由一个发光二极管和一个光敏器件构成。发光二极管的发光亮度L与电流成正比，当电流增大到引起结温升高时，发光二极管呈饱和状态，不再在线性工作区。光电二极管的光电流与光照度的关系可用IL∝Eu表述。其中，E为光照度，u=1±0.05，因此，光电流基本上随照度而线性增大。但一般硅光电二极管的光电流是几十微安，对于光敏三极管，由于其放大系数与集电极电流大小有关，小电流时，放大系数小，所以光敏三极管在低照度时灵敏度低，而在照度高时，光电流又呈饱和趋势。达不到线性效果。 因为不同的光电耦合器有不同的工作线性区，所以，在试验过程中，应该首先找到光电耦合器的线性区。光电耦合器TLP521-2的电流线性区大约为1～10mA。 光电耦合器的偏置输入电路可以决定输入它的电流的范围，偏置电路设计的好，可以使得输入电流在很大范围内变化时，光电耦合器依然工作在线性区。 差分放大电路工作原理 本电路中差分放大电路采用多运放、可增益、可调零电路。图3中，两个光电耦合器的输出分别通过放大器(2)和(3)输入到放大器(4)的同相端和反相端，再差分放大到输出。放大器(5)主要是用来调零。其中，光电耦合器(2)的偏置输入电路通过放大电路来补偿光电耦合器(1)的漂移以及非线性部分。一旦补偿奏效，电路的输出就只与光电耦合器(1)的输入有关。 线性光隔离电路在程控电压源中的应用 本电路所用输入电压是由PC机给定，该电压由程序控制，并且可调节。通过D/A转换，变成模拟信号后，送到光耦合隔离放大电路的输入端，由隔离放大电路隔离放大后从放大器(5)输出。同时在输出端找一个反馈点，同样通过隔离放大电路和A/D转换返回PC机，通过反馈调整程序，使输出更精确。 本实验所要求的PC机给定电压为0-5V，输出要求达到0-12V。 光耦合隔离电路在程控电压源中应用的框图如图4所示。 由于试验的目的是为了得到不受输入影响的精确模拟信号，电路首先要凋零，即在零输入状态下保证输出为零。调试步骤如下： 1.调节放大器(1)的反相端，使输入电压为零(即接地)。 2.为保证光电耦合器(1)工作在线性区，调节放大器(1)同相端的输入电压，使输出电压达到一个线性度较好的工作区。 3.调节光电耦合器(2)，使得两个耦合器的输入电流完全相同(因为其电流工作特l生)，从而使得输出电流也近似相同(因为电子 元器件本身的误差，不可能完全相同)。 4.调节放大器(2)和(3)的正相输入电压，使两者相等。这样，在放大器(4)的输出端可以得到一个接近零的输出(也不能完全为零)。 R12为放大倍数调节电阻。 5.调节R17使得放大器(5)输出端电压为零，即PR17为调零电阻。 6.根据所给输入电压Vin调节放大倍数，得到所需电压Vout。 通过试验及调试，得到一组线性度很好的数据。 调试中应注意的问题 1.电路中所有+Vcc均为+12V，-Vcc均为-12V，GND为地，但光电耦合器左右两边用两套电源，以避免信号干扰。 2.对单个放大器而言，在调试时，尽量让输出电压在12V以下。 3.光电耦合器的输入电流应在2～10mA为宜(这是光电耦合器的线性区，电流太大或太小都会偏离线性区)，本实验采用 6.17mA(0V输入时)。且当输入电压Vin从0～5V改变时，光电耦合器(1)的输入电流应尽量在一个较小的范围内变化，这样可以尽可能 保证输入电流在光电耦合器的线性区内变化。 4.电压放大过程实际由两部分组成，第一部分为放大器(1)，第二部分为后四个放大器组成的集成运放块。 结束语 研究结果表明，上述光耦隔离放大电路可用于多种模拟信号的隔离，尤其是隔离数字信号对模拟信号的干扰。它的优点主要体现在体积小、寿命长、价格便宜、输入与输出之间绝缘、单向传输信号，且工作频率可以高达上百千赫，可以用于频率要求较宽的电路设计。 它除了具有通常光电耦合器所特有的性能外，还具有输出线性度好、光漂移影响小等特点，因此可以用来消除测控系统的外部干扰，抑
TL431的反馈回路设计
TL431内部有较好的参考电压和运放,成为工业界减少控制回路成本的好方法. 本文是有关TL431的反馈回路设计. 1．通常放大器反馈 如图1,由运放和参考构成的电路(在非隔离电路通常由脉宽控制器提供)2型补偿网络.适用于被多数工程师采用的电流模控制. 低频增益由R1 C1提供.数倍低于带宽的频率有一个零点,中频带增益由R2比R1决定.根据功率部分特性确定的高频段,电路又是积分形式,增益由R1C2决定. 波特图如下:
用TL431实现分立器件的功能没什么不同.如图2. 区别是1. R5上拉电阻(提供足够电流).2. 431电路驱动能力不强,但输出接高阻抗,工作很好. 也是一个2型补偿网络. ******图太多,不贴了,详细的见pdf file.*******************
2． TL431 隔离应用 图3是隔离的应用. 与图2最大区别是输出不是电压Ve,而是光耦电流.电流由:TL431电压增益;R5; Vo 决定.(图2传函与R5,Vo无关).C3代表光耦输出电容和频响rolloff.图3也是一个2型补偿网络. A. 低频段: TL431放大器由C1R1构成的积分器的增益高,是补偿网络的主导. 图4a给出低频等值电路 B. 中频段: TL431积分器达到单位增益,超过这点,积分器输出减弱.然而总有Vo通过R5流过光耦提供增益(它是中频段的主导).图5给出中
频等值电路.交越频率在中频段,设计R5达到想要的交越频率. C. 高频段: 高频段遇到光耦自身的极点(由图6a中C3代表).图6b显示光耦增益的折点.好的光耦能到10k.然而折点是偏值电流的函数.大电流对应高带宽.在额定电流下取小R5.(有些R5被集成在控制器中不易改变).
数字信号光耦合器应用电路设计
2008年10月第10期电子测试 EL ECTRONIC TEST Oct.2008No.10 数字信号光耦合器应用电路设计 田德恒 (莱芜职业技术学院信息工程系 莱芜 271100) 摘 要:较强的输入信号可直接驱动光耦的发光二极管,较弱的则需放大后才能驱动光耦。在光耦光敏三极管的集电极或发射极直接接负载电阻即可满足较小的负载要求;在光耦光敏三极管的发射极加三极管放大驱动,通过两只光电耦合器构成的推挽式电路以及通过增加光敏三极管基极正反馈,既达到较强的负载能力,提高了功率接口的抗干扰能力,克服了光耦的输出功率不足的缺点,又提高光耦的开关速度,克服了由于光耦自身存在的分布电容,对传输速度造成影响。最后给出了光耦合器在数字电路中应用示例。关键词:数字信号;光电耦合器;输入电路;输出电路中图分类号:TP211 文献标识码:B Applied circuit design of optoelect ronic coupler to t he digital signal Tian Deheng (Dept of Information Engineering ,Lai Wu Vocational College ,Laiwu 271100,China ) Abstract :The light 2emitting diode of optocoupler can be directly drived by stro nger inp ut sig 2nals ,t he weaker t he inp ut signal can be enlarged before driving optocoupler.Connecting direct 2ly load resistance wit h t he collector or emitter of p hotot ransistor to meet smaller load require 2ment s ;drover by t he amplifier triode on t he emitter of p hotot ransistor ,p ush 2p ull circuit s con 2sisting of two optocoupler as well as positive feedback added to base of t he p hotot ransistor not o nly achieve st rong load capacity and enhance t he power of t he interface anti 2jamming capabili 2ty ,but also overcome t he shortcomings of t he scant outp ut power ,increase t he switching speed ,overcome effect on t he speed of t he t ransmission due to t he distribution of capacitance.Finally ,t he application example of t he optocoupler in t he digital circuit is given.K eyw ords :digital signal ;optoelect ronic coupler ;inp ut circuit ;outp ut circuit 0 引 言 光电耦合器是一种把发光元件和光敏元件封 装在同一壳体内,中间通过“电2光2电”转换来传输 电信号的半导体光电子器件。光耦合器的主要优点是单向传输信号,输入端与输出端完全实现了电气隔离,抗干扰能力强,使用寿命长,传输效率高。它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电
线性光耦
线性光耦原理与电路设计(2007-04-03 11:51) 分类：工作日志 1. 线形光耦介绍 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,并且随温度变化较大,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,能够提供从直流到几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,然后进行频率-电压转换得到隔离效果.集成的隔离放大器内部电路复杂,体积大,成本高,不适合大规模应用. 模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦.线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别,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,就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性,从而达到实现线性隔离的目的. 市场上的线性光耦有几中可选择的芯片,如Agilent公司的HCNR200/201,TI子公司TOAS的TIL300,CLARE的LOC111等.这里以HCNR200/201为例介绍. 2. 芯片介绍与原理说明 HCNR200/201的内部框图如下所示 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IPD2基本与IF成线性关系,线性系数分别记为K1和K2,即
光耦反馈常见几种连接方式及其工作原理
光耦反馈常见几种连接方式及其工作原理 来源：互联网?作者：佚名? 2017-11-07 14:12 ? 23793次阅读 在一般的隔离电源中，光耦隔离反馈是一种简单、低成本的方式。但对于光 耦反馈的各种连接方式及其区别，目前尚未见到比较深入的研究。而且在很 多场合下，由于对光耦的工作原理理解不够深入，光耦接法混乱，往往导致 电路不能正常工作。本研究将详细分析光耦工作原理，并针对光耦反馈的几 种典型接法加以对比研究。 1、常见的几种连接方式及其工作原理常用于反馈的光耦型号有TLP521、PC817等。这里以TLP521为例，介绍这类光耦的特性。TLP521的原边相当于一个发光二极管，原边电流If越大，光强越强，副边三极管的电流Ic 越大。副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大 系数，该系数随温度变化而变化，且受温度影响较大。作反馈用的光耦正是 利用“原边电流变化将导致副边电流变化”来实现反馈，因此在环境温度变 化剧烈的场合，由于放大系数的温漂比较大，应尽量不通过光耦实现反馈。 此外，使用这类光耦必须注意设计外围参数，使其工作在比较宽的线性带内，否则电路对运行参数的敏感度太强，不利于电路的稳定工作。 通常选择TL431结合TLP521进行反馈。这时，TL431的工作原理相当于 一个内部基准为2.5V的电压误差放大器，所以在其1脚与3脚之间，要接 补偿网络。常见的光耦反馈第1种接法，如图1所示。图中，Vo为输出电压，Vd为芯片的供电电压。com信号接芯片的误差放大器输出脚，或者把PWM芯片(如UC3525)的内部电压误差放大器接成同相放大器形式，com 信号则接到其对应的同相端引脚。注意左边的地为输出电压地，右边的地为 芯片供电电压地，两者之间用光耦隔离。图1所示接法的工作原理如下：当输出电压升高时，TL431的1脚(相当于电压误差放大器的反向输入端)电压 上升，3脚(相当于电压误差放大器的输出脚)电压下降，光耦TLP521的原 边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，电阻R4上的电压降增大，
线性光耦原理与电路设计
可编辑 线性光耦原理与电路设计 1. 线形光耦介绍 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,并且随温度变化较大,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,能够提供从直流到几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,然后进行频率-电压转换得到隔离效果。集成的隔离放大器内部电路复杂,体积大,成本高,不适合大规模应用。 模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别,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,就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性,从而达到实现线性隔离的目的。 市场上的线性光耦有几中可选择的芯片,如Agilent公司的HCNR200/201,TI子公司TOAS的TIL300,CLARE的LOC111等。这里以HCNR200/201为例介绍 2. 芯片介绍与原理说明 HCNR200/201的内部框图如下所示 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IPD2基本与IF成线性关系,线性系数分别记为K1和K2,即 K1与K2一般很小（HCNR200是0.50%）,并且随温度变化较大（HCNR200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能达到满意的线性度的。 . . 精品
线性光耦HCNR200中文数据手册
3.3.3 HCNR200/201性能描述 HCNR200/201是一种高线性度模拟光电耦合器，如图3-7所示，它由一个AlGaAs 制作成的高性能发光二极管和两个结构相同的光电二极管组成。发光二极管具有稳定的光输出，可用来监控。两个光电二极管可以同时接收发光二极管输出的信号。HCNR200/201采用先进的封装形式，保证了光耦的高线性度和稳定的增益特性。 图 3-7 HCNR200封装图 HCNR200/201可以用于隔离模拟信号,具有良好的稳定性、线性度、频带宽和低成本等特性。HCNR200/201具有非常灵活的特性,可设计相应的应用电路，能够在许多不同的模式下进行操作,包括:单极/双极、ac / dc和反向/正向。HCNR200/201很好的解决了许多模拟隔离问题。 HCNR200/201产品特点有非线性度高，数值为0.01%；HCNR200传递增益(IPD2 / IPD1?K3)为±15%，HCNR201的传递增益为±5%；增益温度系数为-65ppm /℃；带宽> 1兆赫；封装形式分为8引脚DIP和贴片两种；HCNR200/201允许灵活的电路设计。
图 3-8 HCNR200内部管脚图 HCNR200/201主要应用在低成本的模拟信号隔离、工业过程控制、电子反馈回路、监测电机电源电压、医疗等领域。其内部结构图如图3-8所示。 图3-8说明了HCNR200/201是一种高线性度的光耦。它由一个发光二极管(LED)和两个同种工艺的光电二极管组成。其中一个光电二极管(PD1)在隔离电路的输入部分，另一个光电二极管(PD2)构成隔离电路的输出部分。由于光耦的封装,使每一个光电二极管可从LED上接收大致相同数量的光线。 放大器与PD1组成的外部反馈电路可用来监控发光二极管（LED）发出的光，并且可以补充流过LED的电流起到对LED的调节作用。使得LED输出的光信号更加稳定，当PD2接收到光信号后，可以再通过另一个运算放大器把接收到的电流信号转化为电压信号。 图 3-9 HCNR200功能分析图 如图3-9所示，运用HCNR200/201光耦实现了一个简单的隔离放大电路。该电路由HCNR200/201高精度线性光耦和两个电阻组成，这个电路虽然简单，但是正常功能是非常有用的。如图3-10所示，是由该电路和几个电容元器件组成的实际隔离放大电路。 图 3-10 HCNR200功能分析图 从图3-9的输入部分电路我们不能明显的观察到隔离的效果。简而言之，集成运放A1可以调节流过LED的电流，PD1( I)可以维持集成运放输入端保持在0 V。例如， PD 1 提高输入电压，使得集成运放A1的同向输入端由负值接近0V，使得 I增大，由于 PD 1
tl431反馈电路
在一般的隔离电源中，光耦隔离反馈是一种简单、低成本的方式。但对于光耦反馈的各种连接方式及其区别，目前尚未见到比较深入的研究。而且在很多场合下，由于对光耦的工作原理理解不够深入，光耦接法混乱，往往导致电路不能正常工作。本研究将详细分析光耦工作原理，并针对光耦反馈的几种典型接法加以对比研究。 1 常见的几种连接方式及其工作原理 常用于反馈的光耦型号有TLP521、PC817等。这里以TLP521为例，介绍这类光耦的特性。 TLP521的原边相当于一个发光二极管，原边电流If越大，光强越强，副边三极管的电流Ic越大。副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大系数，该系数随温度变化而变化，且受温度影响较大。作反馈用的光耦正是利用“原边电流变化将导致副边电流变化”来实现反馈，因此在环境温度变化剧烈的场合，由于放大系数的温漂比较大，应尽量不通过光耦实现反馈。此外，使用这类光耦必须注意设计外围参数，使其工作在比较宽的线性带内，否则电路对运行参数的敏感度太强，不利于电路的稳定工作。 通常选择TL431结合TLP521进行反馈。这时，TL431的工作原理相当于一个内部基准为2.5 V的电压误差放大器，所以在其1脚与3脚之间，要接补偿网络。 常见的光耦反馈第1种接法，如图1所示。图中，Vo为输出电压，Vd为芯片的供电电压。com信号接芯片的误差放大器输出脚，或者把PWM 芯片(如UC3525)的内部电压误差放大器接成同相放大器形式，com信号则接到其对应的同相端引脚。注意左边的地为输出电压地，右边的地为芯片供电电压地，两者之间用光耦隔离。 图1所示接法的工作原理如下：当输出电压升高时，TL431的1脚(相当于电压误差放大器的反向输入端)电压上升，3脚(相当于电压误差放大器的输出脚)电压下降，光耦TLP521的原边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，电阻R4上的电压降增大，com引脚电压下降，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压降低时，调节过程类似。 常见的第2种接法，如图2所示。与第1种接法不同的是，该接法中光耦的第4脚直接接到芯片的误差放大器输出端，而芯片内部的电压误差放大器必须接成同相端电位高于反相端电位的形式，利用运放的一种特性——当运放输出电流过大(超过运放电流输出能力)时，运放的输出电压值将下降，输出电流越大，输出电压下降越多。因此，采用这种接法的电路，一定要把PWM 芯片的误差放大器的两个输入引脚接到固定电位上，且必须是同向端电位高于反向端电位，使误差放大器初始输出电压为高。
开关电源中光耦电路设计
开关电源中的光耦电路设计 太原理工大学叶辉 1概述 光耦(opticalcoupler)亦称光电隔离器、光耦合器或光电耦合器。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二极管发出光线，光敏三极管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。典型应用电路如下图1-1所示。 光耦的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了前端与负载完全的电气隔离，输出信号对输入端无影响，减小电路干扰，简化电路设计，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。光耦合器是70年代发展起来的新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。 图1_1 光耦开关控制直流电机输入电路图
2光耦典型电路 常用于反馈的光耦型号有TLP521、PC817等。这里以TLP521为例，介绍这类光耦的特性。图2-1所示为光耦内部结构图以及引脚图。 TLP521的原边相当于一个发光二极管，原边电流If越大，光强越强，副边三极管的电流Ic越大。副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大系数，该系数随温度变化而变化，且受温度影响较大。作反馈用的光耦正是利用“原边电流变化将导致副边电流变化”来实现反馈，因此在环境温度变化剧烈的场合，由于放大系数的温漂比较大，应尽量不通过光耦实现反馈。此外，使用这类光耦必须注意设计外围参数，使其工作在比较宽的线性带内，否则电路对运行参数的敏感度太强，不利于电路的稳定工作。 通常选择TL431结合TLP521进行反馈。这时，TL431的工作原理相当于一个内部基准为2.5 V的电压误差放大器（输出的电压进行误差放大比较，然后将取样电压经过光电偶合器反馈控制脉宽占空比，达到稳定电压的目的），所以在其1脚与3脚之间，要接补偿网络。 图2-1 TLP521内部结构及管脚图 TL431是由德州仪器生产的可控精密稳压源，实物如图2-3所示。它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从2.5V到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中用它代替稳压二极管，例如，数字电压表，
TL431与TLP521的光耦反馈电路几种连接方式及其工作原理
1 常见的几种连接方式及其工作原理 常用于反馈的光耦型号有TLP521、PC817等。这里以TLP521为例，介绍这类光耦的特性。 TLP521的原边相当于一个发光二极管，原边电流If越大，光强越强，副边三极管的电流Ic越大。副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大系数，该系数随温度变化而变化，且受温度影响较大。作反馈用的光耦正是利用“原边电流变化将导致副边电流变化”来实现反馈，因此在环境温度变化剧烈的场合，由于放大系数的温漂比较大，应尽量不通过光耦实现反馈。此外，使用这类光耦必须注意设计外围参数，使其工作在比较宽的线性带内，否则电路对运行参数的敏感度太强，不利于电路的稳定工作。 通常选择TL431结合TLP521进行反馈。这时，TL431的工作原理相当于一个内部基准为 V的电压误差放大器，所以在其1脚与3脚之间，要接补偿网络。 常见的光耦反馈第1种接法，如图1所示。图中，Vo为输出电压，Vd为芯片的供电电压。com信号接芯片的误差放大器输出脚，或者把PWM 芯片(如UC3525)的内部电压误差放大器接成同相放大器形式，com信号则接到其对应的同相端引脚。注意左边的地为输出电压地，右边的地为芯片供电电压地，两者之间用光耦隔离。 图1所示接法的工作原理如下：当输出电压升高时，TL431的1脚(相当于电压误差放大器的反向输入端)电压上升，3脚(相当于电压误差放大器的输出脚)电压下降，光耦TL P521的原边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，电阻R4上的电压降增大，com 引脚电压下降，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压降低时，调节过程类似。 常见的第2种接法，如图2所示。与第1种接法不同的是，该接法中光耦的第4脚直接接到芯片的误差放大器输出端，而芯片内部的电压误差放大器必须接成同相端电位高于反相端电位的形式，利用运放的一种特性——当运放输出电流过大(超过运放电流输出能力)时，运放的输出电压值将下降，输出电流越大，输出电压下降越多。因此，采用这种接法的电路，一定要把PWM 芯片的误差放大器的两个输入引脚接到固定电位上，且必须是同向端电位高于反向端电位，使误差放大器初始输出电压为高。 图2所示接法的工作原理是：当输出电压升高时，原边电流If增大，输出电流Ic