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采用精密线性光耦TIL300实现模拟量的隔离

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airwill|  楼主 | 2020-7-23 21:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
     在计算机网络监控及自动化系统中,系统前端被测试量的调理、隔离电路对整个系统的正常工作具有很重要的作用。Texas Instruments公司的精密线性光耦TIL300[4]是隔离器件的新产品。我们采用该器件和Burr-Brown公司的高隔离DC-DC芯片DCP0105[5] 完成了模拟量的隔离电路。在湖南省微波网监控系统中,使用该隔离电路来完成模拟量的精密隔离传输,效果很好。
1. 本隔离电路设计的出发点
  隔离电路的设计主要出于两种考虑:第一,保护被测电路和测试电路,使其不至于因测试电路或被测电路的故障而影响整个系统的工作。第二,减小环境噪声对测试电路的影响。在监控系统中,受控设备的工作环境一般比较差,比如微波站和电视转播站大多建在高山上,测试点很容易受到强的雷击影响,电磁干扰的影响也比较大。为保护后级设备、保证测量结果的有效性,测试电路与被测电路必须做到严格的电气隔离,隔离电路应具有较高的精度。电路的成本和体积也要符合工程需要。
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2. TIL300简介
  TIL300是一个由红外光LED照射分叉配置的隔离反馈光二极管和一个输出光二极管组成。该器件采用特殊制造技术来补偿LED时间和温度特性的非线性,使输出信号与LED发出的伺服光通量成线性比例。TIL300的结构及一般的外围配置电路如图1所示。
  TIL300具有3500V的峰值隔离度和高的传输增益稳定性 (0.05%/℃) 。值得注意的是,TIL300的实际引脚功能配置与资料中所述情况有所不同,本文所示为实际的引脚功能配置。
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3. 隔离电路的电路图
  实际测试所采用的电路如图2。隔离电路中,R1调节初级运放输入偏置电流的大小,C3起反馈作用,同时滤除了电路中的毛刺信号,避免TIL300的红外光LED受到意外的冲击,但是随着频率的提高,其阻抗将变小,TIL300的初级电流增大,增益随之变大,因而C3的引入对通道在高频时的通道增益有一定影响,虽然减小C3的值可以拓展带宽,但是这样会影响初级运放的增益,同时,初级运放输出的较大毛刺信号不易被滤除,在本系统中被测信号频率远低于300kHz,取C3为4.7μF,其容抗不小于0.012,这时,设计带宽B≈1/R3 MHz。通道增益G≈(R2/R1)IP2/IP1(IP2IP1的含义与图1中相同)R3可以控制LED的发光强度,从而对控制通道增益起了一定作用。R2用于调节输出运放负反馈的深度。
  由此可见,在C3已确定时,调整R1、R2、R3的值,可以在一定带宽下调整通道增益。对于被测量较小的系统,R1、R2应取得稍小些,这样在保证小信号测试精度的同时,可使通道增益基本不变,我们可以调整R4以实现一定范围内的增益调整。反之,R1、R2应取得稍大些,以保证通道的动态范围。R3根据LED的导通电流适当选取。测试中R1=R2=250kΩ,R3=470kΩ,R4=1MΩ。
  用DCP0105将电路两侧的电源隔离开来,其峰值隔离度为3535V,可以满足系统的要求,电路中C1、C2是为改善DCP0105的输出波形而引入的。由此可见,隔离电路以TIL300、DCP0105形成了分界线,左侧与被测模拟量连接,右侧与后级A/D变换连接。采样信号经过运放的放大分两路后送至TIL300,隔离放大后送入次级运放。
4. 结论及经验
  本电路适用于频率低于220 kHz、输入电压峰峰值小于2.5V时的模拟量隔离,电压的峰值隔离度为3500V。另外,本电路具有如下几种特性可供参考。
  (1)本隔离电路在f<220kHz、输入电压峰峰值小于2.5V时线性度较为理想。
  (2)本隔离电路传输增益近似为0.42,调整元件参数可以改变传输增益。
  (3)本隔离电路传输增益在输入电压峰峰值为0.4V左右略有波动,这主要是电路中R3、C3组成的RC回路的充放电特性与LED的导通特性的综合作用所致。
  (4)通道的传输增益与资料[4]中的公式略有出入,主要是由于信号的高频分量不能被正常放大所致(假若输入非周期信号则更明显)。
  当负载较重或变化较大时,DCP0105的输出有一定的脉动性,电源输出的波动对通道的传输特性有一些影响,但电源波动不很大时,传输特性变化不大,在DCP0105输出端加稳压管和滤波电容可以缓解。R2、R1、R3之间的比值也不要太大(以0.1~10为好),因为它对通道的动态范围有很大影响。在小信号隔离时,应选择输入偏置电流小、共模抑制比高的运放,以满足隔离和测试的要求。

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xyz549040622| | 2020-7-23 22:04 | 显示全部楼层
支持下,谢谢分享!

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keaibukelian| | 2020-8-7 10:00 | 显示全部楼层
非常感谢楼主分享

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labasi| | 2020-8-7 10:04 | 显示全部楼层
非常不错的资料

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paotangsan| | 2020-8-7 10:05 | 显示全部楼层
可以用在大电压上

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renzheshengui| | 2020-8-7 10:07 | 显示全部楼层
非常不错的芯片

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wakayi| | 2020-8-7 10:08 | 显示全部楼层
能通过的最大电流是多少啊

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airwill|  楼主 | 2020-8-7 21:00 | 显示全部楼层
paotangsan 发表于 2020-8-7 10:05
可以用在大电压上

这是个信号传递的器件,  电压电流不会太大的

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