[發明專利]一種基于光耦的線性隔離電路及方法

有效

• 申請號: 200910041402.5
• 申請日: 2009-07-21
• 公開（公告）號: CN101645708A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: 葉克江
• 申請（專利權）人: 葉克江
• 主分類號: H03K19/0175
• 分類號: H03K19/0175
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 裘 暉

技術領域

本發明涉及基于光電耦合器(簡稱光耦)的線性隔離技術，特別涉及一種基于光耦的線性隔離電路及方法。

背景技術

傳統的模擬信號線性隔離的方法有很多種類，利用光耦實現電信號的線性隔離在體積、成本、抗干擾能力和電路復雜度等方面具有一定的優勢，因此得到廣泛的應用。它的作用一是為了避免輸入端(信號端)和輸出端電路因接地點不同所帶來的誤差，二是為了保護輸出端電路免受輸入端電路故障的影響，三是為了提供強抗干擾能力。采用光耦實現的隔離，分為數字信號隔離和模擬信號隔離。數字信號的光耦隔離方法比較簡單，而模擬信號的光耦隔離則要復雜得多，既要達到隔離效果，又要盡可能地保證模擬信號不失真，即盡量保證信號的線性傳輸。

應用光耦傳輸模擬信號的最大問題就是非線性失真問題。光耦實現信號傳輸的物理本質是電流傳輸，任何光耦的電流傳輸特性中肯定存在一線性段，只是對于不同的光耦來說，其線性段的大小和線性度有所不同而已。所謂“線性光耦”是指其傳輸特性曲線中，電流傳輸比(輸出電流與輸入電流的比值)的線性段所占的比例較大、線性度較好的光耦。光耦的線性段通過實測即可容易地得到，而提高線性度的問題一般只能通過合理地設計電路來解決。現有的高精度和線性度良好的隔離電路普遍存在結構復雜或成本高的弊端。此外，傳統的采用光耦的線性隔離電路，在輸入端要使用隔離電源和運算放大器(簡稱運放)，并不適合應用在測量電壓較高的模擬信號輸入的場合。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于光耦的線性隔離電路及方法，主要利用普通光耦和運放實現線性隔離，具有電路結構簡單、精度高、線性度好、成本低和安全性高等優點。

本發明的目的通過下述技術方案實現：本基于光耦的線性隔離電路，其特征在于：包括串聯在隔離電路輸入端的輸入輸出光耦PC1、對輸入輸出光耦PC1的輸出電壓進行跟隨的第一電壓跟隨器、通過第一電壓跟隨器的電壓跟隨控制對輸入輸出光耦PC1的受光器實際輸入電流進行采樣的采樣光耦PC2、實現輸入輸出光耦PC1的輸出電壓與采樣光耦PC2的發光器的陰極電壓的減法運算的減法器、對減法器的輸出電壓進行跟隨的第二電壓跟隨器、將通過第二電壓跟隨器和比較光耦PC4比較控制的反饋電流反饋回隔離電路輸入端的反饋光耦PC3、發光器與反饋光耦PC3的發光器串聯的比較光耦PC4；采樣光耦PC2的受光器輸出電壓與第一電壓跟隨器的反相輸入端連接，比較光耦PC4的受光器輸出電壓與第二電壓跟隨器的反相輸入端連接；輸入輸出光耦PC1與采樣光耦PC2匹配，反饋光耦PC3與比較光耦PC4匹配，其中輸入輸出光耦PC1的電流傳輸比大于1。

所述比較光耦PC4的受光器的輸出端負載包括可調電位器R9。

所述比較光耦PC4的發光器陰極和受光器發射極之間跨接電容C2。

所述采樣光耦PC2的發光器陰極和受光器發射極之間跨接電容C1。

所述第一電壓跟隨器為運放；所述第二電壓跟隨器為運放，所述減法器為運放。

所述輸入輸出光耦PC1、采樣光耦PC2、反饋光耦PC3、比較光耦PC4的發光器均為發光二極管，受光器均為光電三極管。

本基于光耦的線性隔離方法，其特征在于：將電流傳輸比大于1的輸入輸出光耦PC1串聯在隔離電路輸入端；采用第一電壓跟隨器對輸入輸出光耦PC1的輸出電壓進行跟隨；采用采樣光耦PC2對輸入輸出光耦PC1的受光器實際輸入電流進行采樣；采用減法器對輸入輸出光耦PC1的輸出電壓與采樣光耦PC2的發光器的陰極電壓進行減法運算；采用第二電壓跟隨器對減法器的輸出電壓進行跟隨；采用反饋光耦PC3將通過第二電壓跟隨器和比較光耦PC4比較控制的反饋電流反饋回隔離電路輸入端；將比較光耦PC4的發光器與反饋光耦PC3的發光器串聯，并將比較光耦PC4的受光器輸出電壓作為第二電壓跟隨器的反相輸入端電壓；將采樣光耦PC2的受光器輸出電壓與第一電壓跟隨器的反相輸入端連接；使輸入輸出光耦PC1與采樣光耦PC2匹配，反饋光耦PC3與比較光耦PC4匹配。

進一步地，在所述基于光耦的線性隔離電路中，在所述比較光耦PC4的受光器的輸出端負載加設可調電阻R9。

優選地，在所述基于光耦的線性隔離電路中，在采樣光耦PC2、比較光耦PC4的發光器陰極和受光器發射極之間分別跨接電容C1和C2。