高壓隔離線性光耦放大電路設計

該電路對各路信號進行放大、校正，供A/D轉換使用。我們采用線性光耦合放大電路。線性光耦合器件TIL300的輸入輸出之間能隔離3500V的峰值電壓，可以有效地將測量通道與計算機系統(tǒng)隔離開來，使計算機系統(tǒng)避免測量通道部分較高電壓的危害，對信號放大的線性度也很好。

    多路輸入和信號調理電路如圖1所示。

    圖1中TIL300是光線光耦合器件，適合交流與直流信號的隔離放大，主要技術指標如下：

*帶寬>200kHz；

*傳輸增益穩(wěn)定度為±0.05%/℃；

*峰值隔離電壓為3 500V。

    C104是0.1μF的獨石電容，防止電路產(chǎn)生震蕩。TIL300內部D0是發(fā)光二極管，其電流工作點If可選為10mA。D1、D2為光敏二極管，它們受D0的激發(fā)分別產(chǎn)生電流Ip1和Ip2，其大小與If有關：

Ip1=K1·If

Ip2=K2·If

    其中K1·If、K2·If表明Ip1,Ip2隨If的變化規(guī)律，可稱為光耦合函數(shù)。由于D1、D2用相同的工藝作成并與D0封裝在一起，因此，它們的光耦合函數(shù)的變化規(guī)律相當一致，故可設：

K=Ip2/Ip1=(K2·If)/(K1·If)    （1）

    實際上可以把K看作常數(shù)，K的值是TIL300的電氣參數(shù)，典型值為1。參數(shù)取值范圍為0.75～1.25。

    U1構成一個負反饋放大器，其同相輸入端和反相輸入端的電壓應近似相等，即滿足式（2）：

Vi≈Ip1·R1     （2）

U3是一個射極跟隨器，輸入阻抗很高，輸出電壓Vo等待輸入端電壓：

Vo≈Ip2·R2     (3)

于是高壓隔離線性光耦合放大電路的增益可由式（4）計算：

Vo/Vi=(Ip2/Ip1)·(R2/R1)=K(R2/R1)     (4)

由于被測量的蓄電池電壓是由R3、R4、R5分壓后輸入U1同相端的，所以

Vi=E·[R5/R3+R4+R5]]     (5)

E是蓄電池的端電壓，由此可得：

Vo=K·(R2/R1)·[R5/(R3+R4+R5)·E     (6)

式（6）表明Vo與E是線性關系。

    I+12V是個獨立電源，用于U1和TIL300的輸入部分；±12V也是個獨立電源，用于U3和TIL300的輸出部分。這兩個電源的隔離對電路的高壓隔離性能有很大影響，應選用電源變壓器中兩組彼此有良好絕緣的線圈來制作。

     微型繼電器輸入端串接的50Ω電阻是測量回路中的限流電阻、防止意外短路或絕緣不良產(chǎn)生過大電流燒毀器件或毀壞蓄電池。由于U1運算放大器的輸入阻抗很高，50Ω限流電阻對測量精度無影響。這些限流電阻應選擇功率值大于1W的金屬膜電阻。

    調節(jié)電位器R4可以適應不同端電壓的蓄電池。

    限于篇幅，其它電路不再介紹。

    實際運行表明，該電路整修系統(tǒng)運行狀況良好。