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高压隔离线性光耦放大电路

 

    该电路对各路信号进行放大、校正,供A/D转换使用。我们采用线性光耦合放大电路。线性光耦合器件TIL300的输入输出之间能隔离3500V的峰值电压,可以有效地将测量通道与计算机系统隔离开来,使计算机系统避免测量通道部分较高电压的危害,对信号放大的线性度也很好。
    多路输入和信号调理电路如图1所示。
    图1中TIL300是光线光耦合器件,适合交流与直流信号的隔离放大,主要技术指标如下:
    *带宽>200kHz;
    *传输增益稳定度为±0.05%/℃;
    *峰值隔离电压为3 500V。
    C104是0.1μF的独石电容,防止电路产生震荡。TIL300内部D0是发光二极管,pcb抄板其电流工作点If可选为10mA。D1、D2为光敏二极管,它们受D0的激发分别产生电流Ip1和Ip2,其大小与If有关:
    Ip1=K1·If
    Ip2=K2·If
    其中K1·If、K2·If表明Ip1,Ip2随If的变化规律,可称为光耦合函数。由于D1、D2用相同的工艺作成并与D0封装在一起,因此,它们的光耦合函数的变化规律相当一致,故可设:
    K=Ip2/Ip1=(K2·If)/(K1·If) (1)
    实际上可以把K看作常数,K的值是TIL300的电气参数,典型值为1。参数取值范围为0.75~1.25。
    U1构成一个负反馈放大器,其同相输入端和反相输入端的电压应近似相等,即满足式(2):
    Vi≈Ip1·R1 (2)
    U3是一个射极跟随器,输入阻抗很高,输出电压Vo等待输入端电压:
    Vo≈Ip2·R2 (3)
    于是高压隔离线性光耦合放大电路的增益可由式(4)计算:
    Vo/Vi=(Ip2/Ip1)·(R2/R1)=K(R2/R1) (4)
    由于被测量的蓄电池电压是由R3、R4、R5分压后输入U1同相端的,所以
    Vi=E·[R5/R3+R4+R5]] (5)
    E是蓄电池的端电压,由此可得:
    Vo=K·(R2/R1)·[R5/(R3+R4+R5)·E (6)
    式(6)表明Vo与E是线性关系。
    I+12V是个独立电源,用于U1和TIL300的输入部分;±12V也是个独立电源,用于U3和TIL300的输出部分。这两个电源的隔离对电路的高压隔离性能有很大影响,应选用电源变压器中两组彼此有良好绝缘的线圈来制作。
    微型继电器输入端串接的50Ω电阻是测量回路中的限流电阻、电路板克隆防止意外短路或绝缘不良产生过大电流烧毁器件或毁坏蓄电池。由于U1运算放大器的输入阻抗很高,50Ω限流电阻对测量精度无影响。这些限流电阻应选择功率值大于1W的金属膜电阻。
    调节电位器R4可以适应不同端电压的蓄电池。
    限于篇幅,其它电路不再介绍。
    实际运行表明,该电路整修系统运行状况良好。