线性光耦HCNR200在电流采样中的应用
使用HCNR200线性光耦的原理与电路设计
1.线形光耦的研究设计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Agile nt公司的HCNR200/201TI子公司TOAS勺TIL300，CLARE勺LOC111等。
这里以HCNR200/20伪例介绍2. 芯片介绍与原理说明HCNR200/20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K —―皿K—‘皿工K1与K2 一般很小（HCNR20是0.50%）,并且随温度变化较大（HCNR20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。
使用线性光耦HCNR200制作交流电压测量模块
使用线性光耦HCNR200制作交流电压测量模块测量范围：幅值30V测量精度：0.5%误差电路自行设计，要求写好设计报告，制作出实物模块。
参考原理见/hiwxzh/blog/item/e145eff1965a43bba40f52a7.html1. 线性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。
模拟光耦HCNR200、HCNR201应用笔记
HCNR200和HCNR201模拟光电耦合器SPICE电路仿真应用笔记AN5545Jamshed Namdar Khan，安华高科技(Avago Technologies)隔离应用产品事业部光电耦合器应用工程师介绍本应用笔记的目的是展示PSpice软件如何通过使用安华高科技(Avago Technologies)提供的PSpice宏模型精确预测和仿真Avago公司HCNR200和HCNR201模拟光电耦合器的行为，聚焦集成电路仿真程序(SPICE, Sim-ulation Program with Integrated Circuit Emphasis)目前被认为是模拟电路设计工程师不可或缺的工具。
相对模拟光电耦合器数据表参数或规格，良好的宏模型应该精确预测电路性能，PSpice或SPICE仿真是任何设计工程师成功完成设计项目一个必备并且不可或缺的工具，电路仿真有助于原始设计概念的发想，从而允许工程师调整并优化原型电路取得最佳可能电路性能。
电路仿真的最大优势在于建构实体硬件或进行性能测试前可以先行验证并改善设计，极小化花费在原型测试的时间和相关费用成本。
为何需要仿真？不管电路仿真可以如何进行或带来什么，有一点它绝不可能做到的是为你提供实际的电路设计，因此我们首先列举几个吸引设计工程师进行电路仿真的原因。
进行电路仿真的主要动力是极小化预测目标电路设计性能的时间，相较于实际建立和进行原型测试等效电路的评估，使用SPICE电路进行评估所使用的时间相对上非常微小，另外，这些电路仿真也可以在各种不同温度、偏置条件以及零组件数值和误差条件下多次进行，但耗费时间仅为进行电路试验板设计并于工作台上进行评估的数分之一。
在进行光电耦合器SPICE仿真时，首先应该了解的是软件并无法仿真光电耦合器的两个基本特性，设计工程师使用光电耦合器主要有两个理由，分别是绝缘和隔离，SPICE软件并无法对这两个主要关键光电耦合器功能建立模型。
复合励磁永磁同步发电机端电压采样隔离电路_线性光耦HCNR200的应用
收稿日期:20052102151 邓醉杰 男 1980年生;湖南大学电气与信息工程学院在读硕士研究生,研究方向为电力电子与电力传动.复合励磁永磁同步发电机端电压采样隔离电路———线性光耦HC NR200的应用邓醉杰 叶丽花 黄守道 周健湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙(410082)摘 要 本文设计了复合励磁永磁同步发电机端电压采样隔离电路,简要介绍了新型线性光耦器件HC NR200的工作原理,也给出了隔离电路的硬件电路图、参数计算公式及其注意事项。
通过实验证明该电路正确实用。
关键词 复合励磁 隔离电路 线性光耦HC NR200中图分类号T M313 文献标识码B 文章编号1008-7281(2006)02-0036-03Term i n a l Volt age Sam pli n g and Isol a ti n g C i rcu it of Co m pound Exc it a ti onPermanen tM agnet Synchronous Genera tor 2The Appli ca ti onof L i n ear O pti ca l Coupler HCNR 200D eng Zu ijie,Ye L ihua,Huang S houdao,and Zhou J ianAbstract The ter m inal voltage sa mp ling and is olating circuit of co mpound excitati onper manent magnet synchr onous generat or is designed in this paper,the p rinci p le of the ne w linear op tical coup ler HCNR200is si m p ly discussed,and the sche me of hardware of is olating circuit,para meter calculati on f or mulas and attenti ons are given .It is p r oved that the sche me is true and p ractical p r oved by experi m ents .Key words Compound excitati on,is olating circuit,op tical coup ler HCNR200.0 引言近年来,由于永磁电机技术、电力电子技术的迅速发展,多电源输出、高效、高可靠性和稳定性的新型移动电站成为了研究主导。
4-20ma信号
4～20mA电流变送器的工业控制应用4~20mA电流环工作原理在工业现场，用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：第一，由于传输的信号是电压信号，传输信号就会受到噪声的干扰而不纯洁；第二，传输线的电阻会产生电压降，那么接收端的信号就会产生误差；第三，在现场如何提供仪表放大器的不同的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。
4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。
4～20mA电流环有两种类型：二线制和三线制。
当监控系统需要通过长线驱动现场的驱动器件如阀门等时，一般采用三线制变送器，这里XTR位于监控的系统端，由系统直接向XTR供电，供电电源是二根电流传输线以外的第三根线。
二线系统是XTR和传感器位于现场端，由于现场供电问题的存在，一般是接收端利用4～20mA的电流环向远端的XTR供电，通过4～20mA来反映信号的大小。
4～20mA产品的典型应用是传感和测量应用，在工业现场有许多种类的传感器可以被转换成4～20mA的电流信号，TI 拥有一些很方便的用于RTD和电桥的变送器芯片。
由于TI的变送器芯片含有通用的功能电路比如电压激励源、电流激励流、稳压电路、仪表放大器等，所以可以很方便地把许多传感器的信号转化为4～20mA的信号。
4～20mA的校正传统的4～20mA校正，要求特殊的夹具固定，需要特别的激光或手动电阻器调整，而调整是相互影响的，需要一个测试、调整，再测试、再调整的过程，调整次数和范围有限。
电子器件和传感器调整起来不够方便。
现代的数字化4～20mA校正，它允许电子器件和传感器在封装之后进行调整；可通过计算机计算出校正系数来简化数值调整；可以有无限的调整次数，并且有很好的分辨率和较宽的调整范围；调整过程中不存在相互影响；电子器件和传感器可以很方便地调整。
4-20ma信号
4～20mA电流变送器的工业控制应用4~20mA电流环工作原理在工业现场，用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：第一，由于传输的信号是电压信号，传输信号就会受到噪声的干扰而不纯洁；第二，传输线的电阻会产生电压降，那么接收端的信号就会产生误差；第三，在现场如何提供仪表放大器的不同的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。
4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。
4～20mA电流环有两种类型：二线制和三线制。
当监控系统需要通过长线驱动现场的驱动器件如阀门等时，一般采用三线制变送器，这里XTR位于监控的系统端，由系统直接向XTR供电，供电电源是二根电流传输线以外的第三根线。
二线系统是XTR和传感器位于现场端，由于现场供电问题的存在，一般是接收端利用4～20mA的电流环向远端的XTR供电，通过4～20mA来反映信号的大小。
4～20mA产品的典型应用是传感和测量应用，在工业现场有许多种类的传感器可以被转换成4～20mA的电流信号，TI 拥有一些很方便的用于RTD和电桥的变送器芯片。
由于TI的变送器芯片含有通用的功能电路比如电压激励源、电流激励流、稳压电路、仪表放大器等，所以可以很方便地把许多传感器的信号转化为4～20mA的信号。
4～20mA的校正传统的4～20mA校正，要求特殊的夹具固定，需要特别的激光或手动电阻器调整，而调整是相互影响的，需要一个测试、调整，再测试、再调整的过程，调整次数和范围有限。
电子器件和传感器调整起来不够方便。
现代的数字化4～20mA校正，它允许电子器件和传感器在封装之后进行调整；可通过计算机计算出校正系数来简化数值调整；可以有无限的调整次数，并且有很好的分辨率和较宽的调整范围；调整过程中不存在相互影响；电子器件和传感器可以很方便地调整。
基于线性光耦HCNR200的电流检测电路设计与实现
基于线性光耦HCNR200的电流检测电路设计与实现浙江大学生仪学院生物医学工程 **** 学号******[摘要]本文主要介绍了惠普公司的高线性度模拟光耦HCNR200的基本结构及工作原理。
利用该器件设计了一种模拟信号隔离来对医疗设备中电流检测的硬件电路，较好地解决了设备中高电压、强电流很容易串入低压器件会将其烧毁的问题。
线性光耦HCNR200可以较好地实现模拟量与数字量之间的隔离，隔离电压峰值达8000V；输出跟随输入变化，线性度达0.01％。
在高稳定性、高线性度的模拟信号隔离的场合具有广泛的应用前景。
[关键词]线性光耦HCNR200 模拟隔离电流检测1 引言在自动化检测系统、计算机数据采集系统、医疗设备控制系统等诸多工业测量中，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。
在信号采集的过程中，各种干扰信号都会随着被测量信号进入数字控制系统，这些信号迭加在有用的被测信号上会使测量的准确度降低，造成控制系统的不稳定。
为了实现电平线性转换以及不把现场的电噪声干扰引入到数字控制系统中来，必须将被测电路和控制电路在电气上实现隔离，光电隔离法和隔离放大器法是两种常用的模拟信号隔离方法。
隔离放大器内部集成有高性能的输入输出放大器、调制解调器、信号耦合变压器等单元器件，通常采用磁耦合方法使放大器的输出和输入之间没有电气联系，从而隔离了干扰源，抑制了干扰信号，完成对信号的放大。
隔离放大器具有完全浮动的输入端和独立隔离的输出端，并有良好的线性度和稳定性，还有较高的隔离电压和共模抑制比。
但是隔离放大器对于支流信号却不适用，价格比较高，只适用于要求较高的场合。
光电隔离是常用且方便有效的隔离方法，它是通过光电之间的相互转换，并利用光作为媒介进行信号传输，在电气上使测量系统与现场信号完全隔离。
HCNR201高线性度模拟光电耦合器评估电路板使用手册
HCNR201/200高线性度模拟光电耦合器 评估电路板使用手册硬件指南介绍HCNR200/201高线性度模拟光电耦合器包含一个用来照射两个紧密匹配光电二极管的高性能铝砷化镓(AlGaAs, Aluminium Gallium Arsenide)发光二极管(LED, Light Emitting Diode)，输入光电二极管可以作为监测从而稳定LED 的光输出，因此基本上可以消除LED 的非线性和漂移特性，输出光电二极管则可产生线性相关于LED 光输出的光电流，光电二极管间的紧密匹配和先进的封装设计可以确保光电耦合器的高线性度和稳定增益特性。
HCNR200/201可以使用于需要良好稳定性、线性度、带宽和低成本等各种广泛的模拟信号隔离应用，HCNR200/201具备高灵活度，通过适当的应用电路设计，可在多个不同的模式下工作，包括单极/双极、交流/直流以及反向/非反向等，HCNR200/201是许多模拟隔离问题的良好解决方案。
HCNR201/200评估电路板可以帮助设计工程师快速评估这些高线性度模拟光电耦合器，图1为评估电路板的结构电路，图2则是电路板的照片。
除了HCNR201/200外，这个电路板还分别在输入侧和输出侧加入两个运算放大器，请参考电路操作说明了解电路的详细工作原理。
这个评估电路板可以立即应用于电机控制设计中的电流感应，虽然评估电路板面向特定应用设计，但功能多样的高线性度模拟光电耦合器HCNR200/201适合许多应用，如电压电流感应和模拟信号耦合等。
图1：评估电路板的电路结构。
輸入側輸出側D1VCC2 (+3 to +5V)GND22评估电路板的连接和操作1. 输入侧电源：连接+15V 电源到连接器J1的脚位1，-15V 到J1的脚位4，0V 电源到J1的脚位2或3，电机驱动电路板中±15V 电源非常普遍，也可由实验室工作环境取得这些电源。
2. 输出侧电源：连接VCC2电源到评估电路板输出侧J2的脚位1，GND2到J2的脚位2，VCC2可以接受3V 到5V 的灵活电源电压范围以满足电机控制电路板上3.3V 或5V 的微控制器系统，VCC2同样也可以连接到实验室电源。
线性光耦在电流采样中的应用
线性光耦在电流采样中的应用线性光耦在电流采样中的应用1 引言在现代电气测量和控制中,常常需要用低压器件去测量、控制高电压、强电流等模拟量,如果模拟量与数字量之间没有电气隔离,那么,高电压、强电流很容易串入低压器件,并将其烧毁。
线性光耦HCNR200可以较好地实现模拟量与数字量之间的隔离,隔离电压峰值达8000V;输出跟随输入变化,线性度达0.01％。
2 HCNR200/201简介HCNR200型线性光耦的原理如图1所示。
它由发光二极管D1、反馈光电二极管D2、输出光电二极管D3组成。
当D1通过驱动电流If 时,发出红外光(伺服光通量)。
该光分别照射在D2、D3上,反馈光电二极管吸收D2光通量的一部分,从而产生控制电流I1(I1=0.005If)。
该电流用来调节If 以补偿D1的非线性。
输出光电二极管D3产生的输出电流I2与D1发出的伺服光通量成线性比例。
令伺服电流增益K1=I1/If,正向增益K2=I2/If,则传输增益K3=K2/K1=I2/I1,K3的典型值为1。
3 电流检测电路3.1 光电导模式下的电流检测电路设计HCNR200工作在光电导模式下的检测电流电路如图2所示,信号为正极性输入,正极性输出。
隔离电路中,R1调节初级运算放大器的输入偏置电流的大小,C1起反馈作用,同时滤除了电路中的毛刺信号,避免HCNR200中的铝砷化镓发光二极管(LED)受到意外的冲击。
但是,随着频率的提高,阻抗将变小,HCNR200的初级电流增大,增益随之变大,因而,C1的引入对通道在高频时的增益有一定影响,虽然减小C1的值可以拓展带宽,但是,会影响初级运算放大器的增益,同时,初级运算放大器输出的较大毛刺信号不易被滤除。
R3可以控制LED的发光强度,对控制通道增益起一定作用。
3.2 光电压模式下的电流检测电路设计HCNR200工作在光电压模式下的检测电流电路如图3所示,信号为正极性输入,正极性输出。
R1、R2、R3、C1的作用与在光电导模式下的作用基本相同。
4-20ma信号
4～20mA电流变送器的工业控制应用4~20mA电流环工作原理在工业现场，用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：第一，由于传输的信号是电压信号，传输信号就会受到噪声的干扰而不纯洁；第二，传输线的电阻会产生电压降，那么接收端的信号就会产生误差；第三，在现场如何提供仪表放大器的不同的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。
4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。
4～20mA电流环有两种类型：二线制和三线制。
当监控系统需要通过长线驱动现场的驱动器件如阀门等时，一般采用三线制变送器，这里XTR位于监控的系统端，由系统直接向XTR供电，供电电源是二根电流传输线以外的第三根线。
二线系统是XTR和传感器位于现场端，由于现场供电问题的存在，一般是接收端利用4～20mA的电流环向远端的XTR供电，通过4～20mA来反映信号的大小。
4～20mA产品的典型应用是传感和测量应用，在工业现场有许多种类的传感器可以被转换成4～20mA的电流信号，TI 拥有一些很方便的用于RTD和电桥的变送器芯片。
由于TI的变送器芯片含有通用的功能电路比如电压激励源、电流激励流、稳压电路、仪表放大器等，所以可以很方便地把许多传感器的信号转化为4～20mA的信号。
4～20mA的校正传统的4～20mA校正，要求特殊的夹具固定，需要特别的激光或手动电阻器调整，而调整是相互影响的，需要一个测试、调整，再测试、再调整的过程，调整次数和范围有限。
电子器件和传感器调整起来不够方便。
现代的数字化4～20mA校正，它允许电子器件和传感器在封装之后进行调整；可通过计算机计算出校正系数来简化数值调整；可以有无限的调整次数，并且有很好的分辨率和较宽的调整范围；调整过程中不存在相互影响；电子器件和传感器可以很方便地调整。
线性光偶HCNR200的原理与电路设计
线性光偶HCNR200的原理与电路设计孙鹏在电气测量、测试以及控制中，常常需要对高电压、强电流等模拟量进行采集。
如果模拟量（高压、强电流）与数字量之间没有电气隔离，那么，高电压、强电流很容易串入低压器件，并将其烧毁，因而必须对两种信号进行隔离。
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。
但是，一般的光偶器件都是面向数字信号的，具有开、关二值性，对于模拟信号的隔离，需要使用线形光耦。
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，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。
HCNR200是Agilent 公司生产的一款线性光耦，它可以较好的实现模拟量与数字量之间隔离，隔离电压峰值达8000伏，输出跟随输入变化，线性度达0.01％。
1、HCNR200/201简介线性光耦HCNR200的内部结构如图 1所示。
它由发光二极管D1（1、2引脚）、反馈光电二极管D2（3、4引脚）、输出光电二极管D3（5、6引脚）组成。
1、2引脚之间的电流记作I F ，3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作I PD1和I PD2。
当有I F 流过时，D1发出红外光(伺服光通量 )。
该光分别照射在D2、D3上，产生控制电流I PD1和输出电流I PD2。
D1两端的输入信号经过电压-电流转化，电压的变化体现在电流I F 上，I PD1和I PD2基本与I F 成线性关系，线性系数分别记为K1和K2,即：FPD F PD I I K I I K 2211,== 对于HCNR200，K 1与K 2为0.005，并且随温度变化较大（HCNR200的变化范围在0.0025到0.0075之间），但芯片的设计使得K 1和K 2相等。
在实际应用中，人们真正关心的是线性光偶电路的传输增益：K 3=K 2/K 1，对于HCNR200，K 3的典型值为1。
高精度连续可调高压开关电源的设计
摘 要： 提出了一种高精度连续可调的高压开关电源设计方案。电源采用基于SG3525的恒频脉宽调制技术，通过单片机控制可控增益放大器实现输出电压的连续调整，该电源具有高电压输出精度高、连续可调、功耗小等特点。实验结果表明，当该电源输出电压由1 kV～25 kV可调输出时，输出电压误差最大为1.6%。关键词： 高压开关电源； SG3525； 可控增益放大； AD7520
Q1、Q2为高反压MOS管，它与电容C1、C2构成逆变电路,PWM输出经驱动变压器驱动Q1、Q2。PWM输出的驱动电压在驱动变压器两端设有死区时间,有利于MOSFET管中电荷的消耗,起到保护MOSFET的作用。在Q1导通时，电源经Q1、C0、T1对C2充电，同时对电容C3放电；Q2导通时，电源对通过C1、T1、C0对C1充电，对C2放电。在一个开关周期内，高压变压器初级上形成25 kHz的交变矩形波，经过升压整流后对负载提供高压。通过调节开关管的占空比，可改变输出高压值。R3、C3、R4、C4构成吸收电路，用来吸收高频尖峰电压，达到保护MOS管的作用。为防止两个开关管导通时间不对称引起高压变压器偏磁和直流磁饱和，在电路中串入隔直电容C0来自动平衡变压器一次电压侧的直流分量。R1、R2作为平衡电阻，可使C1与C2充电电压相等[2]。2.2 控制电路设计 控制电路由PWM控制、高压采样、可控增益放大器、A/D及CPU等部分组成。2.2.1 PWM控制电路 PWM控制电路是实现电压调整的核心电路，对整机性能有较大的影响，所以采用性价比较高的SG3525，控制方式采用恒频脉宽调制。PWM控制电路。
为了实现输出电压的连续可调，系统采用可控增益放大器放大误差电压信号。通过改变可控增益放大器的增益，改变送至SG3525反馈端的电压值，从而实现输出电压的可调。 可控增益放大器由D/A转换器AD7520及运算放大器OP07组成。AD7520是10 bit CMOS 数模转换器，采用倒T形电阻网络，模拟电子开关为CMOS型，集成在芯片上。在图4所示电路中，OP07运放与AD7520组成反相比例运算放大器。根据反相比例运算放大器的特点，放大器放大倍数为式(2)所示： 3 系统软件设计
线性光耦原理与电路设计,4-20mA模拟量隔离模块,PLC采集应用
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 Agile nt 公司的HCNR200/201 TI 子公司TOAS 勺TIL300，CLARE 勺LOC111等。
这里以HCNR200/20伪例介绍 2. 芯片介绍与原理说明HCNR200/20的内部框图如下所示图表T HCNR2Q0/201内部结构其中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K — —4 K — 'FDt厂 77’K1与K2 一般很小（HCNR20是0.50%），并且随温度变化较大（HCNR20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。
模拟光耦HCNR200、HCNR201应用笔记
HCNR200和HCNR201模拟光电耦合器SPICE电路仿真应用笔记AN5545Jamshed Namdar Khan，安华高科技(Avago Technologies)隔离应用产品事业部光电耦合器应用工程师介绍本应用笔记的目的是展示PSpice软件如何通过使用安华高科技(Avago Technologies)提供的PSpice宏模型精确预测和仿真Avago公司HCNR200和HCNR201模拟光电耦合器的行为，聚焦集成电路仿真程序(SPICE, Sim-ulation Program with Integrated Circuit Emphasis)目前被认为是模拟电路设计工程师不可或缺的工具。
相对模拟光电耦合器数据表参数或规格，良好的宏模型应该精确预测电路性能，PSpice或SPICE仿真是任何设计工程师成功完成设计项目一个必备并且不可或缺的工具，电路仿真有助于原始设计概念的发想，从而允许工程师调整并优化原型电路取得最佳可能电路性能。
电路仿真的最大优势在于建构实体硬件或进行性能测试前可以先行验证并改善设计，极小化花费在原型测试的时间和相关费用成本。
为何需要仿真？不管电路仿真可以如何进行或带来什么，有一点它绝不可能做到的是为你提供实际的电路设计，因此我们首先列举几个吸引设计工程师进行电路仿真的原因。
进行电路仿真的主要动力是极小化预测目标电路设计性能的时间，相较于实际建立和进行原型测试等效电路的评估，使用SPICE电路进行评估所使用的时间相对上非常微小，另外，这些电路仿真也可以在各种不同温度、偏置条件以及零组件数值和误差条件下多次进行，但耗费时间仅为进行电路试验板设计并于工作台上进行评估的数分之一。
在进行光电耦合器SPICE仿真时，首先应该了解的是软件并无法仿真光电耦合器的两个基本特性，设计工程师使用光电耦合器主要有两个理由，分别是绝缘和隔离，SPICE软件并无法对这两个主要关键光电耦合器功能建立模型。
基于高线性光耦HCNR201的电压电流测量电路设计
模拟信号量值采集的精确度和稳定度决定了整个项目的运行可靠程度，然而，现场环境恶劣，干扰严重，为了对模拟信号的线性转换而不把现场的各种噪声干扰引入到控制系统，必须将被测模拟信号与控制系统之间进行良好的线性隔离。
一般情况下，直流隔离措施可采用专用隔离运算放大器（ISO124系列）加配一个高精度隔离直流电源，通过电气耦合的方式来实现被测模拟信号与控制系统的线性隔离，但这种方法成本较高而且温漂较大。
本文采用线性光耦HCNR201实现了被测模拟信号与控制系统之间的线性隔离。
线性光耦的隔离原理与普通光耦没有太大差别，只是将改变了普通光耦的单发单收模式，增加一个用于反馈的光电二极管并且增大了线性区域。
两个光电二极管都是非线性的，但其非线性特性都是一样的，所以可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性，从而实现了信号的线性传递。
HCNR201的工作原理HCNR201是Avago公司推出的高线性光耦器件，通过外接不同的分立器件，可以实现交直流电流和电压的光电隔离转换电路，其内部结构如图1所示。
HCNR201由高性能的AlGaAs型发光二极管及两个具有严格比例关系的光电二极管PD1和PD2构成。
当发光二极管中流过电流IF时，其所发出的光会在光电二极管中PD1、PD2感应出正比于LED发光强度的光电流IPD1、IPD2，其中IF、IPD1、IPD2满足以下关系：(1)(2)(3)式中K1、K2分别为发光二极管PD1、PD2的电流传输比，其典型值为0.48，范围为0.36～0.72；K3为该光耦的传输增益，其典型值为1，范围为0.95～1.05。
图1 HCNR201内部结构图光电二极管PD1接入输入回路，用于检测和稳定AlGaAs型发光二极管的发光强度，有效地消除了发光二极管的非线性、漂移等特性，而光电二极管PD2作为输出电路的一部分，能产生与发光二极管发光强度成线性关系的光电流，实现测量电路与输出电路之间的线性传递。
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。
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线性光耦在电流采样中的应用
作者：李海波,林辉
摘要：介绍新型精密线性光耦器件HCNR200的工作原理,给出两种用HCNR200和运算放大器实现的检测电机电流的隔离传输电路,并推导出其外围电阻的计算方法。
关键词：线性光耦;线性隔离;模拟信号;应用
1 引言
在现代电气测量和控制中,常常需要用低压器件去测量、控制高电压、强电流等模拟量,如果模拟量与数字量之间没有电气隔离,那么,高电压、强电流很容易串入低压器件,并将其烧毁。
线性光耦HCNR200可以较好地实现模拟量与数字量之间的隔离,隔离电压峰值达8000V;输出跟随输入变化,线性度达0.01％。
2 HCNR200/201简介
HCNR200型线性光耦的原理如图1所示。
它由发光二极管D1、反馈光电二极管D2、输出光电二极管D3组成。
当D1通过驱动电流I f时,发出红外光(伺服光通量)。
该光分别照射在D2、D3上,反馈光电二极管吸收D2光通量的一部分,从而产生控制电流I1(I1=0.005I f)。
该电流用来调节I f以补偿D1的非线性。
输出光电二极管D3产生的输出电流I2与D1发出的伺服光通量成线性比例。
令伺服电流增益
K1=I1/I f,正向增益K2=I2/I f,则传输增益K3=K2/K1=I2/I1,K3的典型值为1。
3 电流检测电路
3.1 光电导模式下的电流检测电路设计
HCNR200工作在光电导模式下的检测电流电路如图2所示,信号为正极性输入,正极性输出。
隔离电路中,R1调节初级运算放大器的输入偏置电流的大小,C1起反馈作用,同时滤除了电路中的毛刺信号,避免HCNR200中的铝砷化镓发光二极管(LED)受到意外的冲击。
但是,随着频率的提高,阻抗将变小,HCNR200的初级电流增大,增益随之变大,因而,C1的引入对通道在高频时的增益有一定影响,虽然减小C1的值可以拓展带宽,但是,会影响初级运算放大器的增益,同时,初级运算放大器输出的较大毛刺信号不易被滤除。
R3可以控制LED的发光强度,对控制通道增益起一定作用。
3.2 光电压模式下的电流检测电路设计
HCNR200工作在光电压模式下的检测电流电路如图3所示,信号为正极性输入,正极性输出。
R1、R2、R3、C1的作用与在光电导模式下的作用基本相同。
放大器A1调节电流I f。
当输入电压V in增加时,I1增加,同时放大器A1“＋”输入端电压增加,促使电流I f增加。
由于D1与D2之间的联系,I1就会把“＋”输入端电压重新拉回0V,形成负反馈。
如果放大器A1的输入电流很小,那么流经R1的电流就为V in/R1=I1。
显而易见,I1与V in之间是线性比例关系。
I1稳定线性变化,I f 也稳定线性变化。
因为D3受到D1光照,I2也跟着稳定线性变化。
放大器A2和电阻R2将I2转化成电压V Out=I2×R2。
4 运算放大器的选择
HCNR200/201是电流驱动型器件,其LED的工作电流为1mA～20mA,因此,运算放大器A1的驱动电流也必须达到20mA,能达到这种输出电流能力的运算放大器输出级一般为双极型,因此,选双极型运算放大器较合适。
同时,根据输入电压范围,也要求运算放大器有相应的共模输入和输出能力。
本设计电路采用单电源供电的HA17324集成运算放大器,其输出电流可达40mA。
5 电阻器的选择
下面讨论光电导模式下电阻器的选择。
A1组成驱动级的等效电路如图4所示。
图中,R f是等效反馈电阻器。
该等效电路是典型的同相型放大器,故U＋=U－,且U＋=V in,因此V in=U －。
由图2显而易见,
式中,VD1为D1的正向压降。
由图4可见,
故将式(3)代入式(4)
由于器件参数的离散性,I1近似等于0.005I f,K3=I2/I1≈1,所以,R1、R2、R3尚需在估算值附近调整,力求获得最佳线性度。
调节后,最佳线性度为220Ω。
6 结论
应用线性光耦合器组成的模拟信号隔离电路的线性度好,电路简单,有效地解决了模拟信号与单片机应用系统的电气隔离问题。
若驱动级、缓冲级采用组合型运算放大器,可使线性度提高。
HCNR200可以广泛地应用在需要良好稳定性、线性度和带宽的模拟信号隔离场合。
采用两片HCNR200可以工作在双极性输入/双极性输出模式;
同时,还可以工作在交直流电路、变换器的隔离、热电偶的隔离、4mA～20mA模拟电流环发射/接收等多种模式下,可广泛应用在数字通讯、电压电流检测、开关电源、测量和测试工业过程控制等方面。
将该器件用于电机电流测量,电流反馈准确、可靠,在实现电流闭环控制中发挥了作用。
参考文献
[1] 武汉力源电子股份有限公司.HCNR200精密线性光耦合器数据手册[Z],1999.
[2] 童诗白.模拟电子技术[M].北京：高等教育出版社,2001。