新型光耦合集成隔離放大器3650和3652

1 概述

3650和3652是B-B公司生產的新型光耦合集成隔離放大器，性能優于已有的采用變壓器耦合和調制解調技術做成的隔離放大器模塊。

與以往的隔離放大器相比，3650和3652的優點在于其尺寸小、價格低、具有較寬的帶寬且性能可靠。由于它們采用了直流模擬調制技術，而不是載波技術，從而避免了大多數隔離放大器模塊所存在的電磁干擾問題(包括傳送和接收)。

2 作原理

在3650系列出現以前，光隔離產品一般不用在線性電路中，而只是將LED和光敏二極管構成的光電耦合器應用在數字信號隔離中，這種結構由于其基本原理的局限性，存在一定的非線性和不穩定性。

而3650和3652利用特有技術克服了單一LED和光電二極管形成隔離時的局限性。圖1是3650的基本等效電路，可用于了解基本工作原理，不用具體考慮雙極性工作時的偏移調節和偏壓等問題。

為了減小非線性和時間溫度的不穩定性，3650采用了兩個光電二極管，其中一個用于輸入(CR3)，另一個用于輸出(CR2)。放大器A1、LED、CR1和光電二極管CR3構成負反饋。因為CR2和CR3性能匹配，它們從LED CRl(即λ1=λ2)接收的光量相等，因而有I2=1I=IIN，而放大器A2則用來構成電流和電壓轉換電路。

圖2是3650模塊的簡化電路系統模型。它的輸出取決于VD電流的大小，而VD。的值又取決于輸入電流。因而，3650是一個跨導放大器，其增益為伏特／微安。當用作電壓源時，輸入電流由增益設置電阻決定。RIN是差動輸入阻抗。對于這個模型，由于其共模阻抗和隔離阻抗都非常高，因此，其輸入阻抗可以看作是無限大。

3652的簡化模型如圖3所示。它的隔離級和輸出級與3650完全相同。而由FET緩沖放大器和輸入保護電阻組成的附加輸入電路則提高了3652的差動和共模輸入阻抗(1011Ω)，同時也保證了更低的偏置電流(50pA)和過壓保護功能。+IR和-IR輸入端可承受6000V差模和3000V共模的loms脈沖電壓。緩沖放大器的電壓增益由RG1和RG2確定。

3 應用說明

3.1 電源

由于為3650和3652隔離放大器提供電源的DC／DC隔離電源一般都與放大器的隔離屏障并行放置，而這樣放置可能會降低隔離阻抗和整個電路的隔離抑制比。因此，應該使用高質量、低泄漏的DC／DC轉換器。推薦使用Burr-Brown公司生產的722型DC／DC模塊。

3.2 失調電壓的調節

3650和3652的調零端BAL不用時可懸空。如果放大器工作在一個固定的增益，則可用一個電位器對其進行調零，低增益時可使用10kΩ電位器；高增益應用時，推薦使用50kΩ電位器。

當輸入、輸出級都需要調零時，可以把所選擇的輸入信號管腳連接到COMMON(公共)端，然后將放大器設置在最大增益，用50KΩ電位器把輸入級的失調調整到零，接著再把放大器的增益設置為最小，并用10kΩ電位器把輸出偏移再調整到零即可。

3.3 防護措施

為了充分發揮3650和3652放大器優異的隔離特性，設計時建議采取下面幾點措施：

(1)輸入應采用帶屏蔽的雙絞線電纜。

(2)盡量減小外部電容。對稱的排列外部元件可以使從輸人端到輸出公共端的電容匹配，從而取得高的IMR。

(3)電路的外部元件及其引線均應與輸出端有足夠的距離，以防止高壓擊穿。

(4)如有必要，可采用有保護層的印刷電路板。

4 應用舉例

圖4所示是由3650構成的隔離放大器系統的電路圖，該系統可用于測量電機的電樞電流和電樞電壓。它通過校準電阻Rs將電機的電樞電流轉換為電樞電壓，然后再通過3650進行隔離和放大。而電樞電壓則經分壓器(可調整增益)輸出，然后再由3650隔離和放大。

在出現高共模電壓情況下，通過3650可提供精確的電流檢測。

圖5是用3652構成的對患者監視的應用電路。實際上這是一個真正的平衡輸入儀表放大器，該電路具有很高的差動和共模輸入阻抗，可以大大降低共模噪音。由于以往的儀器在對病人 的監護中常常存在導聯阻抗不均衡等問題，因此，用圖5所示電路可取得良好的效果。該電路輸入端可承受10ms的3kV和6kV共模輸入電壓和差動輸入電壓，這些電壓都相對于輸入的公共端。該隔離屏障的額定隔離耐壓為2000Vpp(持續)，脈沖額定隔離耐壓為5000Vpp。因為每個器件在工廠的測試電壓為5000Vpp。

圖6給出了一個3650隔離放大器在SCR控制中的應用電器，利用該電路可以實現對3相雙向SCR繼電器的開關控制，從而達到對電機等被控設備的隔離控制。