線性光耦器件IL300-F-X009原理及其應用
摘要:介紹在采集交流永磁同步電機母線電流時,為防止外界的各種干擾,必須將霍爾傳感器測量系統(tǒng)和DSP數(shù)字微處理器進行電氣隔離。為了能更精確地傳送模擬信號,進行電壓檢測,用線性光耦(IL300-F-X009)隔離是最好的選擇。線性光耦輸出信號隨輸入信號變化而成比例變化,它為模擬信號傳輸過程中,隔離電路的簡單化、高精度化帶來了方便。
關鍵詞:線性光耦(IL300-F-X009);模擬信號;電壓檢測
0 引言
在自動控制系統(tǒng)中,經(jīng)常需要將一些現(xiàn)場信號采集到單片機中,被采集的信號既可能是數(shù)字信號,也可能是模擬信號。為了實現(xiàn)電平線性轉換以及不把現(xiàn)場的電噪聲干擾引入到以DSP數(shù)字微處理器為核心的控制系統(tǒng)中來,必須將被測電路和控制電路在電氣上實現(xiàn)隔離,光電隔離法是常用的方法。本文給出一種利用光電隔離法對模擬電壓信號進行采集的電路,電路中使用了VISHAY公司的IL300-F-X009高精度線性模擬光耦器件,文中對其工作原理進行了介紹,并通過試驗證明了此方法的精確性。
1 IL300-F-X009線性光耦隔離原理
線性光耦IL300-F-X009內部結構原理如圖1所示。IL300-F-X009由一個高性能發(fā)光二極管LED和兩個相鄰匹配的光敏二極管PD1和PD2組成,這兩個光敏二極管有完全相同的性能參數(shù)。LED是隔離信號的輸入端,當有電流流過時就會發(fā)光,兩個光敏二極管在有光照射時就會產生光電流,IL300-F-X009的內部封裝結構使得PD1和PD2都能從LED得到近似光照,且感應出正比于LED發(fā)光強度的光電流。光敏二極管PD1起負反饋作用,用于消除LED的非線性和偏差特性帶來的誤差,改善輸入與輸出電路間的線性和溫度特性,穩(wěn)定電路性能。光敏二極管PD2是線性光耦的輸出端,接收由LED發(fā)出的光線而產生與光強成正比的輸出電流,達到輸入及輸出電路間電流隔離的作用。正是IL300-F-X009內部的封裝結構、PD1與PD2的嚴格比例關系及PD1負反饋的作用保證了線性光耦的高穩(wěn)定性和高線性度。
當IL300-F-X009內部的LED中流過電流IF時,其所發(fā)出的光會在PD1和PD2中感應出正比于LED發(fā)光強度的光電流Ip1和Ip2,其中IF、Ip1、Ip2滿足以下關系式:
式(1)中K1、K2分別為輸入、輸出光電二極管的電流傳輸比,其典型值均為0.7%左右。IF的范圍在5 mA~20 mA之間,能夠獲得最好的線性關系。此時Ip1和Ip2的電流一般在200μA以下。K3被定義為傳輸增益,其輸出側光電流(Ip2)和輸入側光電流(Ip1)之比是一個恒定值,IL300-F-X009的傳輸增益K3的范圍在0.945~1.061倍之間。PD1接入到輸入電路,用來檢測和穩(wěn)定發(fā)光二極管發(fā)光的強度,PD2作為輸出電路的一部分與測量電路實現(xiàn)了電氣隔離。PD1和PD2安裝位置的精確性以及元件先進的封裝設計保證了該元件的高線性性和增益的穩(wěn)定性。IL3 00-F-X009的最大非線性有±0.5%,最大輸入電流250 mA,是模擬信號隔離的極佳解決方案。
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