基于高線性光耦HCNR201的電壓電流測量電路

　　模擬信號量值采集的精確度和穩定度決定了整個項目的運行可靠程度，然而，現場環境惡劣，干擾嚴重，為了對模擬信號的線性轉換而不把現場的各種噪聲干擾引入到控制系統，必須將被測模擬信號與控制系統之間進行良好的線性隔離。一般情況下，直流隔離措施可采用專用隔離運算放大器（ISO124系列）加配一個高精度隔離直流電源，通過電氣耦合的方式來實現被測模擬信號與控制系統的線性隔離，但這種方法成本較高而且溫漂較大。本文采用線性光耦HCNR201實現了被測模擬信號與控制系統之間的線性隔離。線性光耦的隔離原理與普通光耦沒有太大差別，只是將改變了普通光耦的單發單收模式，增加一個用于反饋的光電二極管并且增大了線性區域。兩個光電二極管都是非線性的，但其非線性特性都是一樣的，所以可以通過反饋通路的非線性來抵消直通通路的非線性，從而實現了信號的線性傳遞。

　　HCNR201的工作原理

　　HCNR201是Avago公司推出的高線性光耦器件，通過外接不同的分立器件，可以實現交直流電流和電壓的光電隔離轉換電路，其內部結構如圖1所示。HCNR201由高性能的AlGaAs型發光二極管及兩個具有嚴格比例關系的光電二極管PD1和PD2構成。當發光二極管中流過電流IF時，其所發出的光會在光電二極管中PD1、PD2感應出正比于LED發光強度的光電流IPD1、IPD2，其中IF、 IPD1、IPD2滿足以下關系：

　　式中K1、K2分別為發光二極管PD1、PD2的電流傳輸比，其典型值為0.48，范圍為0.36～0.72；K3為該光耦的傳輸增益，其典型值為 1，范圍為0.95～1.05。

圖1 HCNR201內部結構圖

　　光電二極管PD1接入輸入回路，用于檢測和穩定AlGaAs型發光二極管的發光強度，有效地消除了發光二極管的非線性、漂移等特性，而光電二極管PD2作為輸出電路的一部分，能產生與發光二極管發光強度成線性關系的光電流，實現測量電路與輸出電路之間的線性傳遞。特性極其相似的光電二極管及先進的封裝工藝保證了該光耦的高線性度、傳輸增益穩定等特性。