光电隔离电路设计方案(六款基于光耦、AD210AN的光电隔离电路图)

光电隔离电路设计方案(一)

光耦亦称光电隔离器或光电耦合器,简称光耦。它是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LED)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,从输出端流出,从而实现了“电-光-电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器。

完成了大功率开关电源主回路设计,该电路采用的是全桥拓扑经过高频变压器转换再整流,实验项目是三相进线15V/6KA输出。其中,主回路的保护设计及报警设计是必不可少的。我首先想到的是,通过单片机输出控制继电器动作,而且由于抗干扰的要求,我必须通过光耦隔离。光耦隔离继电器保护电路设计应需而生。

主要电路设计如下图:

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该继电保护主要隔离应用的是TI公司生产的TIL117光耦芯片。该芯片无需供电,通过光耦二极管上拉15V电源输出15mA即可正常工作,有效隔离了输出侧对主回路的电磁影响。

另外该电路还有一个+24V供电电源,大部分继电器设计的时候都需要24V,该电源设计图如下:

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该电路主要的稳压芯片采用的是生产设计的UA7824芯片,该芯片输入电压可调范围宽,稳压性能好,功耗低价格低廉。在继电器电路设计的图纸中,稳压电源我大部分是用的这个芯片。

光电隔离电路设计方案(二)

新型电路原理

图1所示是笔者设计的隔离放大器的原理电路。本隔离放大电路主要由光电耦合器和运算放大器构成。光电耦合器选用普通光耦TLP521,运算放大器则选择通用运算放大器LF353。通过这两种普通器件的搭配。所得到的隔离放大器性能和专用模拟隔离放大器的性能相近。

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图1所示是放大器加普通光耦组成的隔离放大电路。本隔离放大电路由输入和隔离输出两部分构成,且两部分使用隔离的电源(Vcc1、Vee1和Vcc2、Vee2供电。

输入部分由运放U1,电阻R1、R2、R3、R4、R5,电容C1、C2,光电耦合器OPT1、OPT2、OPT3、OPT4的发光二极管部分OPT1_A、OPT2_A、OPT3_A、OPT4_A和OPT1、OPT3的光敏三极管部分OPT1_B、OPT3_B组成,由正电源Vcc1和负电源Vee1供电。

OPT1_A、OPT2_A和OPT3_A、OPT4_A的电流构成差动放大输入。R1和R2为运放的输入电阻,R3和R4可为四个光耦的发光二极管(LED)提供偏置和控制电流。运放U1和光耦OPT1、OPT3组成了一个射级跟随器,R5上的电压即为运放的输入电压。

运放的带宽决定着构成隔离放大器的带宽。现有的集成模拟隔离放大器的带宽均在100kHz以下,而常用运放的带宽是这个带宽的几倍到几十倍。

因此,本设计选用一般的运放就可以满足输入部分的带宽要求。所以,输入级的运算放大器可选用普通运放(如LF353)。R7和C3用来滤波。本电路的隔离输出部分由OPT2、OPT4的光敏三极管OPT2_B、OPT4_B、电位器W1和输出电阻R6组成。

OPT2_B和OPT4_B为隔离输出,它的电路结构和输入部分的光敏三极管相似,用于为输出级提供电流。电位器W1用来调零。而两部分光耦的电流传输比有偏差时,就会造成光耦LED电流相等而输出级电流差不相同,从而使输出电压vo的零点产生漂移。因此,调节电位器W1可以消除这种由于光耦器件特性偏差所带来的零点漂移。R6为输出负载,它和电位器W1共同决定输出电压vo。

由此可知,本设计选用普通光耦即可(如东芝公司的光电耦合器TLP521)。

AD210AN集成放大器

AD210AN是AD公司的集成模拟隔离放大器芯片。在该隔离放大电路中,AD210的16、17两引脚连接在一起,可实现信号跟踪功能。18、19两引脚之间通过电阻Ra接信号源Vs,18脚和Vs共地。脚1和脚2为输出引脚,Rb为输出负载电阻(使用时可选Ra=Rb=1kΩ)。该电路可实现1:1的隔离传输功能。

光电隔离电路设计方案(三)

光电隔离器可以组成多种应用电路,如光电隔离电路,长传输线隔离器,TTL电路驱动器,CMOS电路驱动器,脉冲放大器等。

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光电隔离电路设计方案(四)

光电隔离是数据采集和控制系统抗干扰的一项重要措施,由于光电耦合器件的非线性,对模拟量的光电隔离会带来较大信号失真。为了提高光电隔离电路的线性度,采用负反馈方法把光耦器件的输出电流反馈输入端。进行光电隔离电路的静态特性试验。

深度负反馈电路设计,使用深度负反馈可以改善系统的线性度,根据这个原理,在此设计了模拟信号的光电隔离电路。在该电路中使用了1片LP521光耦和2片LM2904集成运放。LP521有两路光耦,其中一路用于信号转换,一路用于负反馈;运放2904,1A用于用于组成负反馈电路。运放2904构成了电压跟随器,用于增加电路带负载能力。模拟信号光电隔离电路如图3所示。

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电路输出电压和输入电压是线性关系:LP521的两路光耦通道的发光二极管串联,通过2个二极管的电流If1=If2。因为两路光耦封装在1个器件中,光电特性基本一致,理想情况下可以认为两路光耦的集电极输出电流相等,即Ice1=Ice2。

根据理想运放的性质,可以得到下面的公式:

Vi=Ice2R1(1)

Vo=Ice1R2(2)

所以Vo=(R2/R1)Vi,输出电压和输入电压成正比,比例系数由R1和R2确定。

光电隔离电路设计方案(五

一、RS485总线介绍

RS485总线是一种常见的串行总线标准,采用平衡发送与差分接收的方式,因此具有抑制共模干扰的能力。在一些要求通信距离为几十米到上千米的时候,RS485总线是一种应用最为广泛的总线。而且在多节点的工作系统中也有着广泛的应用。

二、RS485总线典型电路介绍

RS485电路总体上可以分为隔离型与非隔离型。隔离型比非隔离型在抗干扰、系统稳定性等方面都有更出色的表现,但有一些场合也可以用非隔离型。我们就先讲一下非隔离型的典型电路,非隔离型的电路非常简单,只需一个RS485芯片直接与MCU的串行通讯口和一个I/O控制口连接就可以。如图1所示:

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图1、典型485通信电路图(非隔离型)

当然,上图并不是完整的485通信电路图,我们还需要在A线上加一个4.7K的上拉偏置电阻;在B线上加一个4.7K的下拉偏置电阻。中间的R16是匹配电阻,一般是120Ω,当然这个具体要看你传输用的线缆。(匹配电阻:485整个通讯系统中,为了系统的传输稳定性,我们一般会在第一个节点和最后一个节点加匹配电阻。所以我们一般在设计的时候,会在每个节点都设置一个可跳线的120Ω电阻,至于用还是不用,由现场人员来设定。当然,具体怎么区分第一个节点还是最后一个节点,还得有待现场的专家们来解答呵。)TVS我们一般选用6.8V的,这个我们会在后面进一步的讲解。

光电隔离电路设计方案(六)

光电隔离介绍

光耦合器一般由三部分组成:光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED),使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出。

这就完成了电—光—电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离,电信号传输具有单向性等特点,因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件,因而具有很强的共模抑制能力。所以,它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件,可以大大增加计算机工作的可靠性。

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图1.光电隔离器工作原理

由于光耦合器输入输出间互相隔离,电信号传输具有单向性等特点,因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件,因而具有很强的共模抑制能力。所以,它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件,可以大大增加计算机工作的可靠性。

光耦合器的主要优点

信号单向传输,输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离,输出信号对输入端无影响,抗干扰能力强,工作稳定,无触点,使用寿命长,传输效率高。光耦合器是70年代发展起来产新型器件,现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离 、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中,利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路,通过调节控制端电流来改变占空比,达到精密稳压目的。

光电隔离电路的作用

是在电隔离的情况下,以光为媒介传送信号,对输入和输出电路可以进行隔离,因而能有效地抑制系统噪声,消除接地回路的干扰,有响应速度较快、寿命长、体积小耐冲击等好处,使其在强-弱电接口,特别是在微机系统的前向和后向通道中获得广泛应用。

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图2. 光电隔离器应用

电压、电流、温度、压力、应力及流量等测量是工业及过程控制应用中的重要组成部分。此类应用环境常会涉及危险级电压、瞬态信号、共模电压及不稳定地电位,可能会损坏测量系统,降低测量精度。为了克服以上缺陷,工业应用中的测量系统设计会加入电气隔离。本白皮书集中讨论模拟测量中的隔离,解答隔离应用中的常见问题,还将涉及不同隔离方式的技术实现。

实现隔离的方法

隔离要求信号通过隔离阻障传输,不能有直接电气连接。常用的非接触式信号传输器件有发光二极管(LED)、电容、电感等。此类器件的基本原理即是最常见的三种隔离技术:光电、电容、及电感耦合。LED能在通电时发光。光电隔离利用LED与光电探测设备实现隔离阻障,通过光来传输信号。

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光电隔离电路

光电探测设备接受LED发出的光信号,再将其转换成原始电信号。光电隔离是最常用的隔离方法。使用光电隔离的优势是能够避免电气与磁场噪声。而缺点则是传输速度受限于LED的转换速度、高功率散射及LED磨损。

    原文作者:漠落
    原文地址: https://blog.csdn.net/xiahailong90/article/details/94389578
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