摘要

 

今天，光耦合器是一種無處不在的電子元件，幾乎可以在任何電氣設備和大多數行業領域中找到。自 25 年前推出以來，光耦合隔離器（也稱為光耦合器、光電耦合器或光隔離器）已被證明是電流絕緣和接地環路噪聲抑制或其他 EMI 感應噪聲干擾隔離不可或缺的組件。這些  基本形式的光耦合器僅由輸入側的 LED 發射器和輸出側的雙極光電檢測器組成，兩者之間由高介電強度絕緣膜隔開，并封裝在一個小封裝中。

 

最初，這些光耦合器主要用于數字應用。它們以輸入-輸出響應的非線性而著稱，并且需要巧妙的設計技術來“使”它們在線性應用中工作。鮮為人知的是，現在也可以使用線性光耦合器。小尺寸、高可靠性和低功耗等特性使光耦合器深受數字設計人員的歡迎，也使它們成為模擬設計人員  喜歡的組件。

 

Avago Technologies 的 HCPL-7851 密封模擬隔離放大器可用于模擬電流或電壓檢測應用。該模擬隔離放大器旨在取代傳統的電流測量方法，例如閉環或開環霍爾效應器件或電流互感器。在本文中，介紹了線性密封光耦合器，例如 HCPL-7851、HCPL-785K 或 HCPL-7850。我們還將這些密封線性放大器的性能與霍爾效應器件和電流互感器等競爭技術進行了比較。

 

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光隔離模擬隔離放大器框圖

 

光隔離密封模擬隔離放大器 HCPL-7851 系列密封模擬隔離放大器設計用于執行線性電流檢測或電壓檢測，  保證帶寬為 40 kHz。專有的內部屏蔽工藝旨在在 1 kV 的共模電壓下實現 5 kV/μs 的高共模噪聲抑制 (CMR)。在 -55° 至 125°C 的完整軍用標準工作溫度范圍內以及 ±200mV 的滿量程輸入動態范圍內，保證 0.8% 的  非線性度。模擬放大器的總功耗非常低。輸入側和輸出側分別消耗不超過 15.5 mA 的靜態偏置電流。這種低功耗要求允許采用自舉技術來提供隔離電源。所有這些隔離式模擬放大器都基于 Sigma-Delta (ΣΔ) 模數轉換器，這些轉換器光耦合到集成輸出數模轉換器。模擬隔離放大器具有非常高的共模瞬態抑制能力 (CMR)，這在現代快速開關電機控制電子設備中通常是必需的。它們還通過從輸入到輸出的信號光傳輸提供高隔離電壓。電壓由隔離放大器輸入通過與輸入引腳并聯的低值外部分流電阻器檢測。模擬線性度在 ±200 mV 的  輸入范圍內得到保證。隔離放大器的輸出電壓是與輸入電壓成正比的模擬輸出電壓。

 

通過作為 ΣΔ 放大器一部分的斬波穩定差分放大器以高速率對輸入進行采樣。以非常高的速率進行輸入感測是通過通常在 6 到 10 MHz 之間的采樣率實現的。這種高速感測確保在以高頻信號感測輸入時始終滿足奈奎斯特準則。

    

 

使用 HCPL-7851 隔離放大器進行電流檢測的典型應用電路

 

在操作中，ΣΔ 調制器將模擬輸入信號轉換為高速串行位流。該位流的平均時間與輸入信號成正比。該數字數據流被編碼并以光學方式傳輸到檢測器電路。檢測到的信號被解碼并轉換回模擬信號，然后過濾以獲得  終輸出信號。圖 2 顯示了一個典型的應用電路。