環路報警器的光供電和隔離電路簡介

低功率、絕緣隔離電源對于工業傳感器是很有用的，如用于簡單的環路報警器。在50/60Hz變壓器用在功率低到0.25VA時，在只需要幾毫瓦的情況下這也是多余的。高頻鐵氧體或電容耦合變壓器是可能達到的，但需要振蕩器驅動。光供電是一種有吸引力的選擇方案。

IR公司的PVI5100 5V 10mA隔離電源剛好是為這種應用設計的，但若你自己設計，可以產生更大的電流。圖1的電路是用3個硅光電二極管(IR LED)串聯產生耦合毫安光電流，這對于長電路環路(包括隔離返回通路標準光耦合器LED)的健全驅動是足夠的。由5V電源22mA驅動的880nm SFH487 LED與3個BPW34光電二極管一起產生開路電壓(Voc)1.45V和短路電流(Isc)1.85mA(圖2)。連接到TLP627光偶合器得到大約1.55mA工作環路電流，這對于驅動光晶體管(帶10K或1K負載電阻器)到飽和是足夠的。開路的外部電路從光電晶體管得到5V輸出。電阻器OR不是完全必要的，但有助于穩定外部電流隨溫度的變化。2個光電二極管對于驅動光耦合器LED所需的端電壓是不夠的。注意，總的光電流等于單個光電二極管的最小限值，所以力圖平衡發光功率。

圖1 環路報警器的光供電和隔離電路

太陽能電池可用以替代3個光電二極管，但光電二極管對于高強寬波段環境光是最佳的，用IR LED發光通常運行不好。更小的硅光電二極管對于捕獲大多數LED光是足夠的并在接近900nm達到大約0.6mA/mW響應度。為使耦合最佳，在線連接500mm內去掉LED透鏡。無透鏡類型(如LD242系列)能避免精加工。若需要高電壓隔離，則讓透鏡放著，保持“蠕變”距離并改進與玻璃管波導的耦合。

圖2 光電二極管電流與電壓關系

可用單對可見波長LED替代3個GaAs LED和硅光電二極管鏈，其中1個用做光源、另1個用做檢測器。可見光LED做為檢測器的好處是它有相當高的開路光壓。紅光和綠光LED可分別產生大于1V和2V光壓。用一對面對面的660nm LED可得到1.4V Voc，這對于驅動1個GaAs光耦合器LED是足夠的，但Isc只有30mA。然而，在1MΩ負載上得到幾微安是足夠的，這如同采用PVI5100。光源調制和適合的互阻抗電路放在光耦合器后面可使其更加健全。