線性光耦器件IL300-F-X009原理及其應(yīng)用

摘要：介紹在采集交流永磁同步電機(jī)母線電流時(shí)，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(jìn)行電氣隔離。為了能更精確地傳送模擬信號(hào)，進(jìn)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(hào)隨輸入信號(hào)變化而成比例變化，它為模擬信號(hào)傳輸過程中，隔離電路的簡單化、高精度化帶來了方便。
關(guān)鍵詞：線性光耦(IL300-F-X009)；模擬信號(hào)；電壓檢測

0 引言
在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要將一些現(xiàn)場信號(hào)采集到單片機(jī)中，被采集的信號(hào)既可能是數(shù)字信號(hào)，也可能是模擬信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)電平線性轉(zhuǎn)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(shí)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(hào)進(jìn)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(jìn)行了介紹，并通過試驗(yàn)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I(lǐng)L300-F-X009內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。IL300-F-X009由一個(gè)高性能發(fā)光二極管LED和兩個(gè)相鄰匹配的光敏二極管PD1和PD2組成，這兩個(gè)光敏二極管有完全相同的性能參數(shù)。LED是隔離信號(hào)的輸入端，當(dāng)有電流流過時(shí)就會(huì)發(fā)光，兩個(gè)光敏二極管在有光照射時(shí)就會(huì)產(chǎn)生光電流，IL300-F-X009的內(nèi)部封裝結(jié)構(gòu)使得PD1和PD2都能從LED得到近似光照，且感應(yīng)出正比于LED發(fā)光強(qiáng)度的光電流。光敏二極管PD1起負(fù)反饋?zhàn)饔?，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(chǎn)生與光強(qiáng)成正比的輸出電流，達(dá)到輸入及輸出電路間電流隔離的作用。正是IL300-F-X009內(nèi)部的封裝結(jié)構(gòu)、PD1與PD2的嚴(yán)格比例關(guān)系及PD1負(fù)反饋的作用保證了線性光耦的高穩(wěn)定性和高線性度。

當(dāng)IL300-F-X009內(nèi)部的LED中流過電流IF時(shí)，其所發(fā)出的光會(huì)在PD1和PD2中感應(yīng)出正比于LED發(fā)光強(qiáng)度的光電流Ip1和Ip2，其中IF、Ip1、Ip2滿足以下關(guān)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(guān)系。此時(shí)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(cè)光電流(Ip2)和輸入側(cè)光電流(Ip1)之比是一個(gè)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(qiáng)度，PD2作為輸出電路的一部分與測量電路實(shí)現(xiàn)了電氣隔離。PD1和PD2安裝位置的精確性以及元件先進(jìn)的封裝設(shè)計(jì)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(hào)隔離的極佳解決方案。