高線性度模擬光電耦合器的性能及設計理念

高線性度模擬光耦合器提供滿足各種模擬隔離要求所需的多功能性。 對于高壓應用的設計人員來說，高線性度模擬光耦合器可以在非常高電壓和低電壓區(qū)域可靠地發(fā)送模擬信號而不會失真。 本文詳細研究了高線性度模擬光耦的內部運行和伺服控制機制。 還提供了應用示例，范圍從電機控制電流檢測到過程控制中的傳統(tǒng)電流回路通信。


長期以來，標準數(shù)字光耦合器一直被用于滿足高壓應用中的光隔離要求。 將數(shù)字光耦與信號處理電路結合可以滿足高壓隔離的需求，但這會使設計復雜化，不適用于需要模擬輸入和模擬輸出的應用。 市場上的一些線性光耦合器確實提供模擬隔離，但它們不能提供必要的性能，例如線性度、增益精度和足夠高的工作絕緣電壓。 也可以考慮隔離放大器光耦合器，但設計人員必須考慮成本和性能之間的權衡。 

具有高線性度的模擬光耦合器非常適合在需要出色穩(wěn)定性、線性度和帶寬的各種應用中隔離模擬信號。 優(yōu)化后的電路可以處理不同類型的信號，包括單極/雙極、AC/DC 和反相/反相。 某些應用需要非常高的隔離電壓。 例如，在電機驅動高端電流傳感和相電流傳感應用中，工作電壓可能高達1kV。 光耦合器需要專門設計以在如此惡劣的條件下工作。 以下示例使用 Avago 的 HCNR200/201 光耦合器來說明各種隔離應用，這些應用可受益于高達 1.4kV 的高線性度和工作隔離電壓。 

電流傳感和電壓監(jiān)測應用高線性度對于各種應用中的電流檢測和電壓監(jiān)測至關重要，例如電機控制驅動器、開關電源反饋回路和逆變器系統(tǒng)。變速電機驅動器作為電機控制驅動器的一部分，不僅在工業(yè)應用中得到了越來越廣泛的應用，而且在家用電器中的關鍵器件如IGBT/MOSFET、門極驅動器和微控制器（MCU）等也得到了越來越廣泛的應用，模擬電流和電壓傳感器是反饋給單片機實現(xiàn)穩(wěn)定和保護系統(tǒng)控制的重要環(huán)節(jié)。由于存在高壓，安全和監(jiān)管機構通常（通常由安全和監(jiān)管機構要求）通過電氣隔離保護操作電機和低壓數(shù)字電子設備的人員。直流母線電壓監(jiān)測、直流母線電流檢測、交流相電流檢測、溫度和位置檢測需要高絕緣電壓（5kvrms/1min額定值）的光耦。

這些應用程序顯示在一個典型的電機驅動器框圖中（顯示在一個稱為“模擬隔離模塊”的方框中）。從圖中可以看出，電阻R2和R5分別用于測量直流母線電壓和直流母線電流，而電阻R3和R4用于測量電機的相電流。溫度和位置等參數(shù)可由連接至電機的適當傳感器感測，其輸出饋送至另一模擬隔離模塊。然后，所有參數(shù)通過屏障傳輸，由單片機采集。