CN102175941A - 一种直接显示电流传输比的光耦测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种直接显示电流传输比的光耦测量装置，依次包括供电装置、恒流输出装置、被测光耦接口、采样电阻及数显表头，其中：所述采样电阻与所述数显表头并接；所述恒流输出装置设定为测试条件规定的光耦直流输入电流；所述采样电阻的阻值设定为一电压测量常数与所述直流输入电流的比值，该电压测量常数取值为10的整数次幂。本发明测量装置可直接显示光耦电流传输比测量结果，有效提高了测试效率。

Description

一种直接显示电流传输比的光耦测量装置

技术领域

本发明涉及光耦性能参数的测量和测试领域，特别涉及光耦电流传输比的测量和测试装置。该光耦测量装置可以直接显示电流传输比，因而可有效地提高光耦测试效率。

背景技术

光耦合器(Opticalcoupler，英文缩写为OC)亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是一种以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器(红外线发光二极管)与受光器(光敏半导体管)封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，并从输出端流出，从而实现“电-光-电”转换。这种以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，由于具有体积小、寿命长、无触点、抗干扰能力强、输出和输入之间绝缘、单向传输信号等优点，因而在各种行业上获得广泛的应用。例如，在开关电源中，利用线性光耦合器就可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变开关管的占空比，由此达到开关电源的精密稳压。

光耦合器的技术参数主要有发光二极管正向压降V_F、正向电流I_F、电流传输比CTR(Current Transfer Ratio)、输入级与输出级之间的绝缘电阻、输出端的光敏半导体集电极-发射极反向击穿电压V_(BR)CEO、集电极-发射极饱和压降V_CE(sat)。其中，电流传输比是光耦合器的重要参数，通常用直流电流传输比来表示。当输出电压保持恒定时，它等于直流输出电流I_C与直流输入电流I_F的百分比，如下式所示：

$\mathrm{CTR}=\frac{I_C}{I_F}\×100\%---\left(1\right)$

随着工业的快速发展，在诸多的线性光耦合器应用中，线性光耦合器的电流传输比显得很重要。大部分企业在使用光耦时，都使用直流电源搭建的测试电路，具体电路参见图1。分别测出被测光耦的输入电流I_A1与输出电流I_A2，然后计算出被测光耦的电流传输比CTR，如下式：

$\mathrm{CTR}=\frac{I_{A2}}{I_{A1}}\×100\%---\left(2\right)$

上述测试方法较为复杂，测试过程中需要记录A1表头和A2表头的数据，然后再进行计算；调节VR1也比较花时间，总体测试时间长，效率低。尤其是在测试不同的直流输入电流I_F下的电流传输比CTR，即光耦的电流传输特性曲线图更是不方便。由于效率低，这种测试方法无法对电流传输比CTR要求高的产品进行光耦分档使用。

发明内容

有鉴如此，本发明的目的是提供一种直接显示电流传输比的光耦测量装置，可以有效提高光耦测试效率。

为解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案是：一种直接显示电流传输比的光耦测量装置，依次包括供电装置、恒流输出装置、被测光耦接口、采样电阻及数显表头，其中：所述采样电阻与所述数显表头并接；所述恒流输出装置设定为测试条件规定的光耦直流输入电流；所述采样电阻的阻值设定为一电压测量常数与所述直流输入电流的比值，该电压测量常数取值为10的整数次幂。

较优地，所述数显表头设置为不显示小数点的默认状态，量程为20mV、200mV或2000mV；所述电压测量常数相应为1mV、10mV或100mV。

较优地，包括自校准电路，连接于所述恒流输出装置与所述采样电阻之间。

较优地，所述自校准电路为一开关或一继电器。

较优地，所述供电装置为一直流稳压电源。

较优地，所述恒流输出装置为一精密恒流源。

较优地，所述直流稳压电源的正输出端连接所述精密恒流源的输入脚及被测光耦输入端发光二极管的阳极接线端口；

所述直流稳压电源的负输出端连接所述精密恒流源的接地脚及被测光耦输出端光敏半导体管的发射极接线端口；

所述精密恒流源的输出脚连接被测光耦输入端发光二极管的阴极接线端口；

所述采样电阻的一端连接所述直流稳压电源的正输出端，另一端连接被测光耦输出端光敏半导体管的集电极接线端口；

所述自校准电路的一端连接被测光耦输入端发光二极管的阴极接线端口，另一端连接被测光耦输出端光敏半导体管的集电极接线端口；

所述数显表头的测量端口与所述采样电阻并接。

较优地，所述直流稳压电源的正输出端连接所述精密恒流源的输入脚及被测光耦输出端光敏半导体管的集电极接线端口；

所述直流稳压电源的负输出端连接所述精密恒流源的接地脚及被测光耦输入端发光二极管的阴极接线端口；

所述精密恒流源的输出脚连接被测光耦输入端发光二极管的阳极接线端口；

所述采样电阻的一端连接所述直流稳压电源的负输出端，另一端连接被测光耦输出端光敏半导体管的发射极接线端口；

所述自校准电路的一端连接被测光耦输入端发光二极管的阳极接线端口，另一端连接被测光耦输出端光敏半导体管的发射极接线端口；

所述数显表头的测量端口与所述采样电阻并接。

较优地，所述采样电阻包括多个电阻，所述精密恒流源为一可调精密恒流源，通过一多点测量控制装置同步控制所述可调精密恒流源的输出电流取值及所述采样电阻的取值。

较优地，所述多点测量控制装置为一双刀多掷开关或一组继电器。

与现有技术相比，本发明采用常用器件和通用电压测量仪表，就可对光耦的电流传输比CTR 进行单点、多点测量且直接显示结果。其主要优点在于采用数量不多的普通元件(如通用的数显表头、常见稳压电源等)，而无需采用单片机和软件，就可低成本地快速测量线性光耦的电流传输比CTR及电流传输特性曲线图；由于无需计算就可直接读数，因而提高了测试速度，由此为特殊要求电路进行的光耦分档筛选及来料检验提供了方便、实用的电路装置。

附图说明

图1为现有测试光耦电流传输比的电路原理图；

图2为本发明直接显示电流传输比的光耦测量装置一较优实施例的原理框图；

图3为图2中测试CTR＝406％光耦的显示示意图；

图4为图2中以200mV数显表头测量199mV电压的显示示意图；

图5为图2所示直接显示电流传输比的光耦测量装置实施例一的电路图；

图6为图2所示直接显示电流传输比的光耦测量装置实施例二的电路图；

图7为图2所示直接显示电流传输比的光耦测量装置实施例三的电路图；

图8为采用200mV量程数显表头替代2000mV量程数显表头的显示示意图。

具体实施方式

本发明的核心在于，光耦输入端电流保持为规定测试条件的直流输入电流，采样电阻的阻值设为电压测量常数与直流输入电流的比值，由此实现直接显示光耦电流传输比测量结果的目的。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

参见图2，为一带自校准功能的直接显示电流传输比的光耦测量装置(以下简称测量装置)一较优实施例的原理框图。该测量装置包括直流稳压电源1、精密恒流源2、被测光耦接口3、自校准电路4、采样电阻5、数显表头6等部件，具体连接关系如下。

被测光耦接口3，包括被测光耦输入端发光二极管的阴极接线端口、阴极接线端口，被测光耦输出端光敏半导体管的集电极接线端口、发射极接线端口，以便用于接入被测光耦输入端发光二极管及被测光耦输出端光敏半导体管。

精密恒流源2，接入被测光耦接口3的输入端回路，且将其输出电流预设为被测光耦测试条件规定的直流输入电流。当然，也可采用其它恒流输出装置，但最好采用精密恒流源，以便提高本发明测量装置的测量精度。

采样电阻5，接入被测光耦接口3的输出端回路，其阻值预设为一电压测量常数与直流输入电流的比值。该电压测量常数取值为10的级数，即取值为10的整数次幂(如0.1，1，10，100，......等)，量纲优选为mV，如1mV、10mV或100mV等，以便直接在数显表头6上直接读数；当然也可以伏、微伏等为单位，此时应相应调整J的位数。该采样电阻5为可调电阻，也可由一组串并接的电阻构成，以满足上述要求的阻值为准。

数显表头6，与采样电阻5并接。设定好电压测量常数及采样电阻5的电阻值后，测试时数显表头可以直接显示光耦的电流传输比CTR。当然，也可考虑用其它电压测量设备来测定采样电阻5两端的电压，但一般的电压表的测量精度难以得到保证，如用其它精密电压测量仪表则会提高成本。

上述元件可通过直流稳压电源1同时供电，也可采用电池等类型的供电装置供电。当然，这些元件也可分别由不同的供电装置供电，在此不再赘述。

上述测量装置可以直接显示显示被测光耦的电流传输比CTR，进一步说明如下。

为直接显示光耦的电流传输比CTR，本发明的前提条件是，采样电阻5的阻值应根据下式确定：

其中，I_F为直流输入电流，即测试条件规定的直流输入电流，具体可通过精密恒流源2设定；J为电压测量常数，可取值为1mV、10mV、100mV等，优选为10mV。

该测量装置的工作原理是：用精密恒流源2向光耦的输入端，即发光二极管提供恒定的电流，该电流等于测试条件中规定的直流输入电流I_F；在光耦的输出端回路中串入采样电阻5，其电阻值按公式(3)取值即可；采样电阻5两端连接数显表头6的测量端口，它由直流稳压电源1供电，也可由其它电源供电均可；这样就可根据电压测量常数J及数显表头6的测量结果得到被测光耦的电流传输比，以下进行证明。

假设数显表头6采用常见的200mV量程的电压表，采样电阻5的选取满足上述公式(3)，数显表头6即可直接显示被测光耦的CTR数值，有：

把公式(3)代入公式(4)，可得：

由上述公式(5)可知，采样电阻5两头的直流电压的数字串即为电流传输比，由此可以直接从数显表头6上读出，例如：

参见图3，数显表头6显示值为406，其电压值实际上为40.6mV，即可读出电流传输比为406％。

参见图4，为200mV的数显表头测量199mV的电压时的显示值。图4中，显示数值为1990，其最后一位实际上是小数点后的十分位，这是因为数显表头6不能自动显示小数点。一般而言，小数点的显示需要使用者根据外接的量程扩展电路，以自行设置常亮小数点。本发明直接使用数显表头的默认状态，即小数点不显示。由此，图4的最大测量量程可达1999％，远高于光耦常见的最大电流传输比CTR的上限600％，由此满足测试要求。

如图2所示，本发明优选地设置一自校准电4，具体为一自校准控制开关K1或继电器，其连接于精密恒流源2与采样电阻5之间，可提高本发明测量装置的测量精度。

该自校准电路4的工作原理是：不接入光耦时，闭合开关K1，实现电路的自校准功能。假设电压测量常数J取值为10mV，当开关闭合时，精密恒流源向光耦的输入端，即发光二极管提供恒定的电流输入IF；由于没有接入光耦，该电流直接经过开关流过采样电阻；那么，采样电阻两头的直流电压为：

即采样电阻两头的电压为10mV，这时数显表头显示100。

由此，在开关K2闭合时，通过精确选择采样电阻的阻值，让数显表头6显示100，就可实现电路的自校准功能，从而达到提高本发明测量装置的测量精度的目的。

所述自校准电路4的接法有不同的电路实现形式，兹举几例进行说明。

参见图5，为本发明直接显示电流传输比的光耦测量装置实施例一的电路图。其中的精密恒流源为电流及入型，其输出脚接在光耦输入端发光二极管的阴极接线端口J2上，具体连接线路为：

(1)直流稳压电源正输出端→精密恒流源输入脚Vcc→精密恒流源接地脚→直流稳压电源负输出端；

(2)直流稳压电源正输出端→被测光耦输入端发光二极管的阳极接线端口J1→被测光耦输入端发光二极管的阴极接线端口J2→精密恒流源输出脚；

(3)直流稳压电源正输出端→采样电阻R1→被测光耦输出端光敏半导体管集电极接线端口J4→被测光耦输出端光敏半导体管的发射极接线端口J3→直流稳压电源负输出端；

(4)自校准电路中的自校准控制开关K1连接在被测光耦输入端发光二极管的阴极接线端口J2与输出端光敏半导体管的集电极接线端口J4之间；

(5)数显表头与采样电阻并联，其中由直流稳压电源供电。

参见图6，为本发明直接显示电流传输比的光耦测量装置实施例二的电路图。与图5所示实施例一不同的是，本例中的精密恒流源为电流灌出型，其输出脚接在输入端发光二极管的阳极接线端口J1上，具体的连接线路为：

(1)直流稳压电源正输出端→精密恒流源输入脚Vcc→精密恒流源接地脚→直流稳压电源负输出端；

(2)精密恒流源输出脚→被测光耦输入端发光二极管的阳极接线端口J1→被测光耦输入端发光二极管的阴极接线端口J2→直流稳压电源负输出端；

(3)直流稳压电源正输出端→被测光耦输出端光敏半导体管集电极接线端口J4→被测光耦输出端光敏半导体管的发射极接线端口J3→采样电阻R1→直流稳压电源负输出端；

(4)自校准电路中的开关K1连接在被测光耦输入端发光二极管的阳极接线端口J1与输出端光敏半导体管的发射极接线端口J3之间；

(5)数显显表头与采样电阻R1并联，其中由直流稳压电源供电。

上述实施例一和实施例二所示测量装置能实现无需计算、直接通过数显表头显示CTR测量结果，其关键在于：1、光耦输入端接口回路中有一精密恒流源；2、采样电阻R1的阻值的选取满足公式(3)。具体原理如前文已进行了详细分析说明，在此不再赘述。

本发明测量装置可作进一步的改进，例如：精密恒流源为可调精密恒流源，其选择端口连接双刀多掷开关中的一刀；采样电阻为可调电阻，或为多个普通电阻，其由双刀多掷开关中的另一刀连接至被测光耦输出端接口的数显表头，实现对光耦的电流传输比CTR 进行单点、多点测量且直接显示结果；以下对该电路结构进行简要说明。

参见图7，为本发明直接显示电流传输比的光耦测量装置实施例三的电路图。该实施例在图5所示的实施例一基础上，采样电阻设置多个不同阻值的电阻：R1、R2、......、Rn，；精密恒流源为为可调精密恒流源，其选择端口连接双刀多掷开关中的一刀；由此，通过采用双刀多掷开关K2，就可同步控制采样电阻及精密可调恒流源输出电流的取值，以使采样电阻满足公式(3)要求的取值。

本实施例中，只更接入电路的采样电阻满足公式(3)取值，则双刀多掷开关K2无论置于任一档位上，数显表头都能直接显示在不同的直流输入电流IF下的电流传输比CTR值。由此，可实现对光耦的CTR进行单点、多点测量且直接显示结果，即在不同的输入电流时的CTR值的测量，进而直接测量电流传输比的曲线图，这在材料选择时有非常重要的参考价值。当然，本实施例的替换方式也可以应用在图6所示的实施例二上，在此不再赘述。

需要说明的是，本发明测量装置中也可无需精密恒流源，通过采用稳压电源和可调电阻向光耦输入回路提供合适的稳定输入电流I_F，同样可以实现精密恒流源的功能，但整个装置对使用环境的要求有所提高，且测试精度降低；另外，数显表头也可采用其它电源供电，此时不接本发明直流稳压电源的供电输出端。

此外，本发明中的数显表头的量程及电压测量常数也有不同的组合方式，例如：

1、采用20mV量程的数显表头替代的200mV量程数显表头，只需把公式(3)中的J取1mV即可：

2、采用2000mV，即2V量程的数显表头替代的200mV量程数显表头，只需把公式(3)中的J取100mV即可：

另外，还可以采用不同显示位数的数显表头替代上述的数显表头，具体利用公式(3)、公式(7)及公式(8)调整测量的最大量程，实现用不同量程、不同显示位数的数显表头进行任意组合。

参见图8，为替代上述第二种组合方式的数显表头显示示意图。其中采用200mV量程数显表头代替2000mV量程数显表头，此时利用上述公式(8)把200mV量程数显表头的小数点移到从首位向后共3位数字后显示；由此一样可以测出CTR，而仅是测量量程下降到199％。

此外，如采用4位半及以上的数显表头，则还可以扩展测量量程。如用4位半的200mV量程数显表头，采用上述的公式(7)也可以测出CTR，但将测量量程提升到19990％。

本发明的上述实施例直接使用数显表头的默认状态，即小数点不显示。如需显示小数点，外接量程扩展电路即可，在此不再赘述。

本发明的实施例还有多种替代方案：例如，采用数字万用表电压档直接替代上述的数显表头；又如，采用继电器直接替换上述自校准控制开光K1、双刀多掷开关K2；再如，电压测量常数J取其它整数值(如2mV、5mV等)，此时仅作一简单换算即可得到光耦CTR，使用起来也十分方便，在此不再赘述。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种直接显示电流传输比的光耦测量装置，其特征在于，依次包括供电装置、恒流输出装置、被测光耦接口、采样电阻及数显表头，其中：所述采样电阻与所述数显表头并接；所述恒流输出装置设定为测试条件规定的光耦直流输入电流；所述采样电阻的阻值设定为一电压测量常数与所述直流输入电流的比值，该电压测量常数取值为10的整数次幂。

2.如权利要求1所述的直接显示电流传输比的光耦测量装置，其特征在于，所述数显表头设置为不显示小数点的默认状态，量程为20mV、200mV或2000mV；所述电压测量常数相应为1mV、10mV或100mV。

3.如权利要求1所述的直接显示电流传输比的光耦测量装置，其特征在于，包括自校准电路，连接于所述恒流输出装置与所述采样电阻之间。

4.如权利要求3所述的直接显示电流传输比的光耦测量装置，其特征在于，所述自校准电路为一开关或一继电器。

5.如权利要求1～4任一项所述的直接显示电流传输比的光耦测量装置，其特征在于，所述供电装置为一直流稳压电源。

6.如权利要求5所述的直接显示电流传输比的光耦测量装置，其特征在于，所述恒流输出装置为一精密恒流源。

7.如权利要求6所述的直接显示电流传输比的光耦测量装置，其特征在于，

所述直流稳压电源的正输出端连接所述精密恒流源的输入脚及被测光耦输入端发光二极管的阳极接线端口；

所述直流稳压电源的负输出端连接所述精密恒流源的接地脚及被测光耦输出端光敏半导体管的发射极接线端口；

所述精密恒流源的输出脚连接被测光耦输入端发光二极管的阴极接线端口；

所述采样电阻的一端连接所述直流稳压电源的正输出端，另一端连接被测光耦输出端光敏半导体管的集电极接线端口；

所述自校准电路的一端连接被测光耦输入端发光二极管的阴极接线端口，另一端连接被测光耦输出端光敏半导体管的集电极接线端口；

所述数显表头的测量端口与所述采样电阻并接。

8.如权利要求6所述的直接显示电流传输比的光耦测量装置，其特征在于，

所述直流稳压电源的正输出端连接所述精密恒流源的输入脚及被测光耦输出端光敏半导体管的集电极接线端口；

所述直流稳压电源的负输出端连接所述精密恒流源的接地脚及被测光耦输入端发光二极管的阴极接线端口；

所述精密恒流源的输出脚连接被测光耦输入端发光二极管的阳极接线端口；

所述采样电阻的一端连接所述直流稳压电源的负输出端，另一端连接被测光耦输出端光敏半导体管的发射极接线端口；

所述自校准电路的一端连接被测光耦输入端发光二极管的阳极接线端口，另一端连接被测光耦输出端光敏半导体管的发射极接线端口；

所述数显表头的测量端口与所述采样电阻并接。

9.如权利要求6所述的直接显示电流传输比的光耦测量装置，其特征在于，所述采样电阻包括多个电阻，所述精密恒流源为一可调精密恒流源，通过一多点测量控制装置同步控制所述可调精密恒流源的输出电流取值及所述采样电阻的取值。

10.如权利要求9所述的直接显示电流传输比的光耦测量装置，其特征在于，所述多点测量控制装置为一双刀多掷开关或一组继电器。

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