CN107395191A - 一种无源线性光耦隔离器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光电设备技术制造领域,涉及一种无源线性光耦隔离器,主体结构包括:补偿光耦、工作光耦、第一放大器、第二放大器、输入电压、输入电流、第一电阻、第二电阻、第三电阻、电流输出端和电压输出端;工作光耦的发射极分别与第一放大器的同向输入端和第二电阻连接,工作光耦的集电极与补偿光耦的集电极连接,补偿光耦的正极与第一放大器的输出端连接,补偿光耦的负极分别与第一电阻和第二放大器的同向输入端连接,补偿光耦和工作光耦置于一个封装内,使外界对工作光耦的影响随时得到补偿,补偿光耦和工作光耦工作环境得到优化,准确性更高,其主体结构简单,设计构思巧妙,安装使用方便,测试精度高,应用环境友好,市场前景广阔。

Description

一种无源线性光耦隔离器
技术领域:
本发明属于光电设备技术制造领域,涉及一种光耦隔离器,特别是一种无源线性光耦隔离器。
背景技术:
光耦隔离器是一种常用的光学器件,由于科学的进步和计算机的大量应用,光耦隔离器被广泛应用于军用和民用设备中,光耦隔离就是采用光耦合器进行隔离,光耦合器的结构相当于把发光二极管和光敏三极管封装在一起,光耦隔离电路使被隔离的两部分电路之间没有电的直接连接,用以防止因有电的连接而引起的干扰,特别是低压的控制电路与外部高压电路之间。光耦隔离器具有占空比任意可调、隔离耐压的特点,并且传输信号范围从DC到数MHz,其中线性光耦尤其适用于信号反馈。由于各种传感器所处的电磁环境不同,就会给计算机的工作带来很大的干扰,甚至不能正常工合作,线性光耦隔离器是模拟量输入计数机系统时减少系统干扰的重要手段,但常用的线性光耦隔离器都需要在光耦的输入端加放大器并利用深度负反馈原理,把线性光耦隔离器输入信号-光耦输出信号间的非线性关系线性化,这就需要在输入侧配置放大器和供放大器工作的直流电源,这样就使得光耦隔离器的内部结构更加复杂化,不仅增加了成本、降低了系统的可靠性,同时也引入了电源的电磁干扰。因此,涉及制备一种无源线性光耦隔离器,输入端不需要放大器及其电源,能够有效减少电磁干扰。
发明内容:
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点,寻求设计一种无源线性光耦隔离器,无源线性光耦隔离器的输入端不需要放大器及其电源,即线性光耦隔离器输入信号-光耦输出信号间的关系是非线性的,由于光耦的输入信号和光耦的输出信号之间的关系虽然是非线性的,但是它们的关系是单调的,能够通过利用光耦和放大器构成反函数发生器把光偶的输出信号复原出光偶的输入信号。
为了实现上述目的,本发明涉及的无源线性光耦隔离器的主体结构包括:补偿光耦、工作光耦、第一放大器、第二放大器、输入电压、输入电流、第一输出电流、第二输出电流、第三输出电流、第一电阻、第二电阻、第三电阻、电阻、电路电源、器件电源、电流输出端和电压输出端;工作光耦的正极通过电阻连接有输入电压,工作光耦的发射极分别与第一放大器的同向输入端和第二电阻连接,所述第二电阻另一端接地,工作光耦的集电极与补偿光耦的集电极连接,补偿光耦的正极与第一放大器的输出端连接,补偿光耦的负极分别与第一电阻和第二放大器的同向输入端连接,并且第一电阻的另一端接地;所述补偿光耦的集电极和第二放大器的一端与电路电源连接,所述补偿光耦的发射极与分别与第一放大器的反向输入端和第三电阻连接,所述第三电阻的另一端接地;第一放大器的输出端连接电压输出端,所述第一放大器连接有器件电源。
所述第二放大器的输出端分别连接有电流输出端和第二放大器的反向输入端。
所述补偿光耦和工作光耦采用hpcl2530高速双光耦,其具有光电二极管输出,光电二极管特性的一致性好,即函数f的一致性好,并且制作成的光耦隔离器的精度高。
所述补偿光耦和工作光耦置于一个封装内,以保证补偿光耦对工作光耦具有良好环境补偿性,并且补偿光耦和工作光耦的工作电流相同,用以使外界对工作光耦的影响随时得到补偿,工作的稳定性得到提高。
本发明在不加任何辅助措施的情况下,测试精度能够达到0.1%的精度。
本发明在调整隔离器增益、迁移零点后输出精度提高10-30%。
所述补偿光耦和工作光耦的输入信号和输出信号之间的关系是非线性的,其关系是单调的,利用光耦和放大器构成反函数发生器把光偶的输出信号复原出光偶的输入信号,具体方法如下所述:
本发明与现有技术相比,补偿光耦和工作光耦置于一个封装内,能够保证补偿光耦对工作光耦具有良好环境补偿性,并且使补偿光耦和工作光耦的工作电流始终相同,使外界对工作光耦的影响随时得到补偿,工作的稳定性好,输入端采用无放大器和电源的结构,使输入端结构简单、电路结构最大程度简化,能够减少输入端电路对补偿光耦和工作光耦的电磁干扰,使补偿光耦和工作光耦工作环境得到优化,准确性更高,其主体结构简单,设计构思巧妙,安装使用方便,测试精度高,应用环境友好,市场前景广阔。
附图说明:
图1为本发明的主体结构原理示意图。
具体实施方式:
下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1:
本实施例涉及的无源线性光耦隔离器的主体结构包括:补偿光耦OC1、工作光耦OC2、第一放大器A1、第二放大器A2、输入电压Ui、输入电流Ii、第一输出电流I1、第二输出电流I2、第三输出电流I3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、电阻Ri、电路电源Vcc、器件电源Vdd、电流输出端I0和电压输出端U0;工作光耦OC2的正极通过电阻Ri连接有输入电压Ui,工作光耦OC2的发射极分别与第一放大器A1的同向输入端和第二电阻R2连接,所述第二电阻R2另一端接地,工作光耦OC2的集电极与补偿光耦OC1的集电极连接,补偿光耦OC1的正极与第一放大器A1的输出端连接,补偿光耦OC1的负极分别与第一电阻R1和第二放大器A2的同向输入端连接,并且第一电阻R1的另一端接地;所述补偿光耦OC1的集电极还与第二放大器A2一端分别与电路电源Vcc连接,所述补偿光耦OC1的发射极与分别与第一放大器A1的反向输入端和第三电阻R3连接,所述第三电阻R3的另一端接地;第一放大器A1的输出端连接电压输出端U0,所述第一放大器A1连接有器件电源Vdd。
所述第二放大器A2的输出端分别连接有电流输出端I0和第二放大器A2的反向输入端。
所述补偿光耦OC1和工作光耦OC2采用hpcl2530高速双光耦,其具有光电二极管输出,光电二极管特性的一致性好,即函数f的一致性好,并且制作成的光耦隔离器的精度高。
所述补偿光耦OC1和工作光耦OC2置于一个封装内,以保证补偿光耦OC1对工作光耦OC2具有良好环境补偿性,并且补偿光耦OC1和工作光耦OC2的工作电流相同,用以使外界对工作光耦OC2的影响随时得到补偿,工作的稳定性得到提高。
本实施例在不加任何辅助措施的情况下,测试精度能够达到0.1%的精度。
本实施例在调整隔离器增益、迁移零点后输出精度提高10-30%。
所述补偿光耦OC1和工作光耦OC2的输入信号和输出信号之间的关系是非线性的,其关系是单调的,利用光耦和放大器构成反函数发生器把光偶的输出信号复原出光偶的输入信号,具体方法如下所述:
所述补偿光耦OC1和工作光耦OC2具有同样的输入电流-输出电流函数f,输入电压Ui、输入电流Ii、第一输出电流I1、第二输出电流I2和第三输出电流I3的关系函数如下:
I2=f (Ii)
Ii=f-1 (I2)
I3=f (I1)
I1=f-1 (I3)
从图1中能够看出,这是一个由第一放大器A1、第二放大器A2和光耦构成的跟随器电路,其中跟随器电路的开环增益为:K0=β*f(I1)*R3/R1,闭环增益为Kβ=K0/1+K0;
由于第一放大器A1的增益β足够大,一般为10^5-6,即100-120db,K0》1,
因此,Kβ=K0/1+K0≈1
I2*R2=I3*R3
若R2=R3,即:I2=I3
二边取反函数即:
Ii=f-1 (I2)
I1=f-1 (I3)
由于光耦的输入电流和输出电流之间的函数f是单调的,即每一个输入电流对应着一个确定的输出电流,
若I2=I3,那么Ii=I1
这样,就能够在光偶隔离器的二次侧重新获得输入端电流Ii;
当输入信号为电流时,输入电阻Ri可以去掉,第一输出电流I1在第一电阻R1上的压降I1*R1即为电流数出信号,由第二放大器A2构成的跟随器用以降低信号源内阻扩大负载能力;
当输入信号为电压时,输入电阻Ri不可以去掉,且Ri=R1,这样,输入信号Ui=VD+Ii*Ri=VD+I1*R1即为第一放大器A1的输出端。

Claims (8)

1.一种无源线性光耦隔离器,其特征在于其主体结构包括:补偿光耦、工作光耦、第一放大器、第二放大器、输入电压、输入电流、第一输出电流、第二输出电流、第三输出电流、第一电阻、第二电阻、第三电阻、电阻、电路电源、器件电源、电流输出端和电压输出端;工作光耦的正极通过电阻连接有输入电压,工作光耦的发射极分别与第一放大器的同向输入端和第二电阻连接,所述第二电阻另一端接地,工作光耦的集电极与补偿光耦的集电极连接,补偿光耦的正极与第一放大器的输出端连接,补偿光耦的负极分别与第一电阻和第二放大器的同向输入端连接,并且第一电阻的另一端接地;所述补偿光耦的集电极和第二放大器的一端与电路电源连接,所述补偿光耦的发射极与分别与第一放大器的反向输入端和第三电阻连接,所述第三电阻的另一端接地;第一放大器的输出端连接电压输出端,所述第一放大器连接有器件电源。
2.根据权利要求1所述的无源线性光耦隔离器,其特征在于第二放大器的输出端分别连接有电流输出端和第二放大器的反向输入端。
3.根据权利要求1所述的无源线性光耦隔离器,其特征在于补偿光耦和工作光耦采用hpcl2530高速双光耦。
4.根据权利要求1所述的无源线性光耦隔离器,其特征在于补偿光耦和工作光耦置于一个封装内,以保证补偿光耦对工作光耦具有良好环境补偿性,并且补偿光耦和工作光耦的工作电流相同,用以使外界对工作光耦的影响随时得到补偿。
5.根据权利要求1所述的无源线性光耦隔离器,其特征在于不加任何辅助措施的情况下,本发明的测试精度能够达到0.1%的精度。
6.根据权利要求1所述的无源线性光耦隔离器,其特征在于在调整隔离器增益、迁移零点后输出精度提高10-30%。
7.根据权利要求1所述的无源线性光耦隔离器,其特征在于补偿光耦和工作光耦的输入信号和输出信号之间的关系是非线性的,其关系是单调的,利用光耦和放大器构成反函数发生器能够把光偶的输出信号复原出光偶的输入信号。
8.根据权利要求1所述的无源线性光耦隔离器,其特征在于能够在光偶隔离器的二次侧重新获得输入端电流。
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