CN209593403U - 高性能线性光电隔离器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种高性能线性光电隔离器，包括光电耦合器和光电流线性放大电路；光电耦合器包括发光二极管LED和光接收传感器PD；发光二极管LED的阳极和阴极分别作为高性能线性光电隔离器的输入端IN1、IN2；光接收传感器PD的阴极接光电流线性放大电路的电流流入端，光电流线性放大电路的电流流入端作为高性能线性光电隔离器的输出端OUT1；光接收传感器PD的阳极接光电流线性放大电路的信号端，光电流线性放大电路的电流流出端作为高性能线性光电隔离器的输出端OUT2。本实用新型具有使用寿命长，成本低，外围元件少，适应范围广，安全可靠的特点。
Description
技术领域
本实用新型属于光电集成电路技术领域，尤其是一种高性能线性光电隔离器。
背景技术
目前，在现有技术中，数字隔离器类型很多，而高性能线性隔离器则较少，很少的几种类型其结构和使用均比较复杂，成本较高，对很多消费类产品的应用形成限制。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种高性能线性光电隔离器，具有使用寿命长，成本低，外围元件少，适应范围广，安全可靠的特点。本实用新型采用的技术方案是：
一种高性能线性光电隔离器，包括光电耦合器和光电流线性放大电路；
光电耦合器包括发光二极管LED和光接收传感器PD；发光二极管LED的阳极和阴极分别作为高性能线性光电隔离器的输入端IN1、IN2；
光接收传感器PD的阴极接光电流线性放大电路的电流流入端，光电流线性放大电路的电流流入端作为高性能线性光电隔离器的输出端OUT1；
光接收传感器PD的阳极接光电流线性放大电路的信号端，光电流线性放大电路的电流流出端作为高性能线性光电隔离器的输出端OUT2。
具体地，
光接收传感器PD包括光接收二极管传感器PD1和PD2；
光电流线性放大电路包括NPN三极管Q1、Q2、Q3、Q6、Q7、Q8、Q9、Q11、Q13，PNP三极管Q4、Q5、Q10、Q12；
光接收二极管传感器PD1和PD2的阴极均接输出端OUT1，PD2的阳极接三极管Q1的集电极和基极以及三极管Q2的基极，三极管Q1和Q2的发射极接输出端OUT2；PD1的阳极接三极管Q2的集电极、三极管Q3的集电极和三极管Q8的基极，三极管Q3的基极接三极管Q6的基极和集电极以及三极管Q4的集电极，三极管Q3的发射极和三极管Q6的发射极接输出端OUT2；
三极管Q4的发射极和三极管Q5的发射极接输出端OUT1，三极管Q4的基极和三极管Q5的基极接三极管Q8的集电极；三极管Q8的发射极接输出端OUT2；
三极管Q5的集电极接三极管Q7的集电极和三极管Q11的基极，三极管Q7的基极接三极管Q9的基极和集电极以及三极管Q10的集电极；三极管Q7的发射极和三极管Q9的发射极接输出端OUT2；
三极管Q10的发射极和三极管Q12的发射极接输出端OUT1，三极管Q10的基极和三极管Q12的基极接三极管Q11的集电极，三极管Q11的发射极接输出端OUT2，三极管Q12的发射极接输出端OUT1，三极管Q12的集电极接三极管Q13的集电极和基极，三极管Q13的发射极接输出端OUT2。
进一步地，
Q3和Q6的发射区面积之比为1:N1, Q4与Q5的发射区面积之比为1:N2，Q7与Q9发射区面积之比为N3，Q10与Q12的发射区之比为N4，
光电流线性放大电路的有效光电流放大倍数为 Iamp=N1xN2xN3xN4。
本实用新型的优点：本实用新型提出的高性能线性光电隔离器，具有低成本、容易使用、易批量生产的特点，可广泛应用于需要电工隔离的信号处理方面，如人体安全、隔离型供电、抗干扰信号处理等领域，尤其是可以很方便的应用于照明领域快速增长的DC调光器用LED灯及其他领域。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图。
图2为本实用新型的光电流线性放大电路原理图。
图3为本实用新型的一个应用例示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实用新型提出的一种高性能线性光电隔离器，包括光电耦合器和光电流线性放大电路；
光电耦合器包括发光二极管LED和光接收传感器PD；发光二极管LED的阳极和阴极分别作为高性能线性光电隔离器的输入端IN1、IN2；
光接收传感器PD的阴极接光电流线性放大电路的电流流入端，光电流线性放大电路的电流流入端作为高性能线性光电隔离器的输出端OUT1；
光接收传感器PD的阳极接光电流线性放大电路的信号端，光电流线性放大电路的电流流出端作为高性能线性光电隔离器的输出端OUT2；
当需要模拟或数字信号的隔离传输或控制处理时，本实用新型把输入信号转换为相应的驱动LED电流，LED发光强度和输入信号大小相关，光接收传感器PD和光电流线性放大电路与发光二极管LED之间通过光耦合，具有很高的隔离电压，从而可输出与输入信号大小相关的隔离线性信号。
如图2所示，光接收传感器PD包括光接收二极管传感器PD1和PD2；
光电流线性放大电路包括NPN三极管Q1、Q2、Q3、Q6、Q7、Q8、Q9、Q11、Q13，PNP三极管Q4、Q5、Q10、Q12；
光接收二极管传感器PD1和PD2的阴极均接输出端OUT1，PD2的阳极接三极管Q1的集电极和基极以及三极管Q2的基极，三极管Q1和Q2的发射极接输出端OUT2；PD1的阳极接三极管Q2的集电极、三极管Q3的集电极和三极管Q8的基极，三极管Q3的基极接三极管Q6的基极和集电极以及三极管Q4的集电极，三极管Q3的发射极和三极管Q6的发射极接输出端OUT2；
三极管Q4的发射极和三极管Q5的发射极接输出端OUT1，三极管Q4的基极和三极管Q5的基极接三极管Q8的集电极；三极管Q8的发射极接输出端OUT2；
三极管Q5的集电极接三极管Q7的集电极和三极管Q11的基极，三极管Q7的基极接三极管Q9的基极和集电极以及三极管Q10的集电极；三极管Q7的发射极和三极管Q9的发射极接输出端OUT2；
三极管Q10的发射极和三极管Q12的发射极接输出端OUT1，三极管Q10的基极和三极管Q12的基极接三极管Q11的集电极，三极管Q11的发射极接输出端OUT2，三极管Q12的发射极接输出端OUT1，三极管Q12的集电极接三极管Q13的集电极和基极，三极管Q13的发射极接输出端OUT2。
上述电路的工作原理如下：
输入端IN1、IN2加电时，发光二极管LED会发光，且发光强度和所通过电流成正相关；PD1、PD2为光接收二极管传感器，PD2用来进行光谱或温度补偿；Q1和Q2组成近似1：1电流源完成补偿的作用；
第一级电流放大电路主要包括Q3、Q6，Q3和Q6的发射区面积之比为1:N1,忽略掉基极电流，则Q4、Q6的电流是Q3电流的N1倍，即有效输入光电流被放大了N1倍；
Q8为第一级、第二级电流放大电路公共部分；
第二级电流放大电路主要包括Q4、Q5，Q4与Q5的发射区面积之比为1:N2，也即两者电流之比为N2或者说电流被放大了N2倍；
第三级电流放大电路主要包括Q7、Q9，Q7与Q9发射区面积之比为N3，因此Q10、Q9的电流是Q7的电流的N3倍；
Q11为第三、第四级电流放大电路公共部分；
第四级也就是输出级主要包括Q10、Q12、Q13，Q10与Q12的发射区之比为N4，因此输出级的电流放大倍数为N4；
整个电路的有效光电流放大倍数为 Iamp=N1xN2xN3xN4，并且这个电流放大级数可扩展。
通过以上的光电流线性放大电路，把PD感应的微弱光电流（通常小到pA或 nA水平)放大到uA或mA供后续电路使用。
从以上可以看出，输入LED（通常与后级电路不共地）的信号通过本实用新型电路转换为一个隔离的线性电流信号，且这个线性电流与光电耦合器中LED输入电流呈正相关，从而完成了线性隔离信号传输或处理的作用。
图3给出了本实用新型在LED照明DC调光中的应用；
图3中，AC为交流电输入，D4为整流桥，C1为去干扰电容；R6，C2，稳压二极管Zener组成一个简洁的直流供电部分；
DC调光器的地和后级电路不共地；DC调光器的直流电压输出通过R2限流后作为光电耦合器中LED的输入，本实用新型的电路把与LED输入电流正相关的光信号通过光耦合和光电流线性放大部分输出到OUT1端口和OUT2端口，这两端口的电流将与DC调光器的输出电压呈线性正相关；端口OUT2的输出电流通过电阻Rdim转变为运放U1的输入基准电压；
电阻R1起限流作用，电容C6为抗干扰用；电阻R5、R3，照明HVLED、驱动管Q22、Q23、电阻Radj、运放U1组成恒流照明部分；
由于DC调光器的输出电压通过本实用新型的电路后转变为与其线性相关的U1基准电压，因此，调整调光器即可得到与其相应的照明HVLED发光亮度，从而得到隔离调光的目的。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种高性能线性光电隔离器，其特征在于，包括光电耦合器和光电流线性放大电路；
光电耦合器包括发光二极管LED和光接收传感器PD；发光二极管LED的阳极和阴极分别作为高性能线性光电隔离器的输入端IN1、IN2；
光接收传感器PD的阴极接光电流线性放大电路的电流流入端，光电流线性放大电路的电流流入端作为高性能线性光电隔离器的输出端OUT1；
光接收传感器PD的阳极接光电流线性放大电路的信号端，光电流线性放大电路的电流流出端作为高性能线性光电隔离器的输出端OUT2。
2.如权利要求1所述的高性能线性光电隔离器，其特征在于，
光接收传感器PD包括光接收二极管传感器PD1和PD2；
光电流线性放大电路包括NPN三极管Q1、Q2、Q3、Q6、Q7、Q8、Q9、Q11、Q13，PNP三极管Q4、Q5、Q10、Q12；
光接收二极管传感器PD1和PD2的阴极均接输出端OUT1，PD2的阳极接三极管Q1的集电极和基极以及三极管Q2的基极，三极管Q1和Q2的发射极接输出端OUT2；PD1的阳极接三极管Q2的集电极、三极管Q3的集电极和三极管Q8的基极，三极管Q3的基极接三极管Q6的基极和集电极以及三极管Q4的集电极，三极管Q3的发射极和三极管Q6的发射极接输出端OUT2；
三极管Q4的发射极和三极管Q5的发射极接输出端OUT1，三极管Q4的基极和三极管Q5的基极接三极管Q8的集电极；三极管Q8的发射极接输出端OUT2；
三极管Q5的集电极接三极管Q7的集电极和三极管Q11的基极，三极管Q7的基极接三极管Q9的基极和集电极以及三极管Q10的集电极；三极管Q7的发射极和三极管Q9的发射极接输出端OUT2；
三极管Q10的发射极和三极管Q12的发射极接输出端OUT1，三极管Q10的基极和三极管Q12的基极接三极管Q11的集电极，三极管Q11的发射极接输出端OUT2，三极管Q12的发射极接输出端OUT1，三极管Q12的集电极接三极管Q13的集电极和基极，三极管Q13的发射极接输出端OUT2。
3.如权利要求2所述的高性能线性光电隔离器，其特征在于，
Q3和Q6的发射区面积之比为1:N1, Q4与Q5的发射区面积之比为1:N2，Q7与Q9发射区面积之比为N3，Q10与Q12的发射区之比为N4，
光电流线性放大电路的有效光电流放大倍数为 Iamp=N1xN2xN3xN4。
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