hcnr201线性光耦的应用

线性光耦HCNR201在电池巡检仪中的应用

作者：谢荣

长春工业大学

摘要：本文介绍了HCNR201的基本原理；论述了电池巡检仪的电压检测功能，该功能的实现以线性模拟光耦HCNR201为核心，实现了被检测电路与测量电路的隔离。

关键词：线性光耦 HCNR201 电池巡检仪 电压测量

0 引言

随着社会经济的不断发展以及技术的不断进步，在某些重要的供电场合都配备了应急电源。目前应急电源主要有UPS,EPS应急电源,柴油机发电机组三种。这三种应急电源都有自己的特点和应用场合。EPS应急电源是允许短时电源中断的应急电源装置。近年来，含蓄电池的EPS作为应急电源被广泛应用，尤其是被用做消防应急电源。下图是EPS的结构简图，当市电断电时，互投装置就会切换到由蓄电池组逆变出的交流电源。

图1

蓄电池组作为应急电源的功率输出单元，是应急电源的核心部件，蓄电池组的工作状态影响着它自身的寿命，同时必然对应急电源的供电可靠性产生影响。为了提高电池的寿命以及EPS供电的可靠性，必须对电池组电压以及单体电池电压进行监测，以实现电池组的合理充放电。上图中的电池巡检仪是应急电源(EPS)的检测管理控制设备，就是用于实现在线检测蓄电池组电压等功能的。本论文着重

阐述一下蓄电池组电压的检测。为了不将电网的噪声引入巡检仪中的单片机系统，所以必须将噪声信号与单片机系统隔离开来。线性模拟光藕HCNR201正好能满足这一要求，同时在电压的测量精度上还具有很高的精度。

1 线性模拟光耦HCNR201

结构及工作原理

图2

HCNR201的内部结构如上图所示包括一只高性能的AlGaAs 型发光二极管(图2中的LED), 两只极其相似的光电二极管(图2中的PD1和PD2), 当 LED 中流过电流时其所发出的光会在PD1,PD2中感应出正比于LED 发光强度的光电流和，其中，和满足以下关系：

F I 1PD I 2PD I F I 1PD I 2PD I .............................. (1 )

F PD I K I 11= F PD I K I 22= .............................. (2 ) 1

2PD PD I I K = .............................. (3) 式中，分别为输入输出光电二极管的电流传输比，其典型值均为0.5%左右。

因为 一般在1~20mA 之间，所以一般在50uA 以下；K 被定义为传输增益，当一只HCNR201被制造出来时，K 就是一个固定的值了，HCNR201的K 值约为1±0.05。再加上PD1,PD2的安装位置的精确性以及元件先进的封装设计保证了HCNR201的高线性和增益的稳定性。

1K 2K F I 21,PD PD I I 2 硬件电路的设计

蓄电池组是由16节12V 的铅酸蓄电池组成。该硬件电路如图3所示，它主要由三部分组成。第一部分是精密电阻分压网络和第一级运放。第二部分是第二级运

放它通过HCNR201组成的负反馈网络。第三部分是第三级运放它将电流转换成电压。

图3

图中的网络属性B+,B-代表蓄电池组的正负极，HCNR201的前半部分采用Vcc1供电，后半部分采用Vcc 供电，这样充电器的各种干扰信号不会引入到光耦后端的系统，Vcc,Vcc1都是5V 电源。Vcc 是交流220V 变换得来的，Vcc1是通过单节蓄电池变换得来的。R1,R2,R3组成精密电阻分压网络，将蓄电池组192V 的电压转换成0～3.3V(第三片运放的输出端接至MSP430F149的A/D 接口).第一片运放做电压跟随器用，在这里这一级运放是必须加的，U1输出的电压虽然与R3上的电压相等，但电压跟随器起到了降低阻抗的作用，避免了后级对R3的影响。电阻起限流作用，根据公式

6R 6

16.1R V I cc F −= .................................(4) 6R 一般取几百欧，该设计中选取了200欧。

该设计中的运放都是选用的高精度运放LMV321。下面分析一下HCNR201的工作工程，我们将U1的电压输出设为,对于运放U2，根据虚短原则，我们可得

1V =1PD I 5

1R V .............................. (5) 运放U3的输出电压我们设为Vo，对于运放U3,根据虚断原则，我们可得 72*R I V PD o = (6)

再考虑(3)式可得 75171**

**R R V K R I K V PD o == .............. (7) 在本论文中 ，所以可得

Ω==K R R 10075 11

==K V V o ................................. (8) 所以此电路设计可以实现输入与输出的线性变化，经过标定后能准确测得输入模

拟量的值。

3总结

本文主要论述了电池巡检仪中一种新的电压检测方法，它的硬件电路主要由线性模拟光耦HCNR201和高精度运放LMV321组成。该设计经过在现场的测试，电压测量精度达到了%3≤的国家标准，并且长时间运行可靠，所以该设计值得推广。

作者简介：谢荣，男，现就读于长春工业大学，控制理论与控制工程专业，本科毕业于山东建筑大学，主修电气工程与自动化专业。