線性光耦

線性光耦是一種用於模擬信號隔離的光耦器件，和普通光耦一樣，線性光耦真正隔離的是電流。線性光耦能夠保護被測試對象和測試電路，並減小環境干擾對測試電路的影響。

基本介紹

• 中文名：線性光耦
• 線性度：HCNR200:0.25[%]
• 溫度係數：-65ppm/oC
• 隔離電壓：1414V

定義

線性光耦

原理

線性光耦的隔離原理與普通光耦沒有差別，只是將普通光耦的單發單收模式稍加改變，增加一個用於反饋的光接受電路用於反饋。這樣，雖然兩個光接受電路都是非線性的，但兩個光接受電路的非線性特性都是一樣的。這樣，就可以通過反饋通路的非線性來抵消直通通路的非線性，從而達到實現線性隔離的目的。

線性光耦的分類

線性光耦器件又分為兩種：無反饋型和反饋型；

1.無反饋型線性光耦器件實際上是在器件的材料和生產工藝上採取一定措施(使得光耦器件的輸入輸出特性的非線性得到改善。但是，由於發光二極體和光電三極體的固有特性，改善十分有限。這種光耦器件主要用於對線性區的範圍要求不大的情況，例如開關電源的電壓隔離反饋電路中經常使用的PC816A和NEC2501H等線性光耦。由於開關電源在正常工作時的電壓調整率不大，通過對反饋電路參數的適當選擇，就可以使光耦器件工作線上性區。但由於這種光耦器件只是在有限的範圍內線性度較高，所以不適合使用在對測試精度以及範圍要求較高的場合。

2.另一種線性光耦是反饋型器件。其作用原理是將普通光耦的單發單收模式稍加改變，增加一個用於反饋的光接受電路用於反饋。這樣雖然兩個光接受電路都是非線性的，但兩個光接受電路的非線性特性都是一樣的，這樣，就可以通過反饋通路的非線性來抵消直通通路的非線性，從而達到實現線性隔離的目的。與前面介紹過的普通光耦器件線性化使用的原理類似，只不過它在生產工藝上採取了一定措施，使同一片器件中的2個光耦的特性更加趨於一致。這種器件例如德州儀器公司曾經出品現已停產的TIL300A，CLARE公司生產的LOC系列線性光耦，惠普公司生產的HCNR200/201線性光耦等。

基本參數

線性度:HCNR200:0.25[%],HCNR201:0.05[%];

線性係數 K3:HCNR200:15[%],HCNR201:5[%];

信號頻寬:直流到大於 1MHz.

實際套用

如果對被測試量的量程變化範圍要求較大、精度要求較高時，使用反饋型線性光耦器件無疑是比較合適的。但是，在光耦的線性化使用或者說在使用線性光耦器件的過程中，其線性度往往並不能完全令人滿意。根據實踐經驗，關鍵在於要充分理解光耦器件自身的一些特點以及在光耦器件中使用反饋機制改善線性度的原理。只要在設計過程中合理地選擇器件和小心設計電路，即使採用普通光耦器件，也同樣能達到很好的效果，這裡要注意以下幾點：

1、必須充分認識到光耦為電流驅動型器件，要合理選擇反饋電路中所使用的運放，必須保證運放擁有合適的負載能力，以便在正常工作時驅動。

2、當採用普通光耦器件時，要儘量採用多光耦器件，而不要採用單光耦器件，因為多個光耦集成在一片晶片上有利於從材料及工藝的角度保證多個光耦之間特性趨於一致，而正是由於多個光耦特性的一致才保證了反饋對改善線性的作用。

3、由於線性光耦在使用過程中引入了反饋機制，所以不適用於被測信號變化太快或者頻率很高的場合。根據以上原則，使用普通光耦器件和反饋型線性光耦器件是可以成功地在電力直流系統監控模組中實現對直流母線電壓信號的採集與隔離的，其線性度和精度都是令人滿意的。

線性選取

在設計光耦反饋式開關電源時必須正確選擇線性的型號及參數，選取原則如下：
①的電流傳輸比(CTR)的允許範圍是50%～200%。這是因為當CTR5.0mA)，才能正常控制單片開關電源IC的占空比，這會增大光耦的功耗。若CTR>200%，在啟動電路或者當負載發生突變時，有可能將單片開關電源誤觸發，影響正常輸出。
②推薦採用線性，其特點是CTR值能夠在一定範圍內做線性調整。
③由英國埃索柯姆(Isocom)公司、美國摩托羅拉公司生產的4N××系列(如4N25 、4N26、4N35)，目前在國內套用地十分普遍。鑒於此類呈現開關特性，其線性度差，適宜傳輸數位訊號(高、低電平)，因此不推薦用在開關電源中。

套用舉例

多路輸出式電源變換器電路如圖3所示。其輸入電壓為36V到90V的準方波電壓，三路輸出分別為：UO1=+5V(2A)，UO2=+15V(0.17A)，UO3=－15V(0.17A)。現將UO1定為主輸出，其電壓調整率SV=±0.4%；UO2和UO3為輔輸出，總電源效率可達75%～80%。電路中採用一片TOP104Y型三端單片開關電源積體電路。主輸出繞組電壓經過VD2、C2、L1和C3整流濾波後，得到+5V電壓。VD2採用MBR735型35V/7.5A肖特基二極體。兩個輔輸出繞組及輸出電路完全呈對稱結構。因為±15V輸出電流較小，故整流管VD4和VD5均採用UF4002型100V/1A的超快恢復二極體。由線性光耦CNY17-2和可調式精密並聯穩壓器TL431C構成光耦反饋式精密開關電源，可以對+5V電壓進行精密調整。反饋繞組電壓通過VD3、C4整流濾波後，得到12V反饋電壓。由P6KE120型瞬態電壓抑制器和UF4002型超快恢復二極體構成的漏極鉗位保護電路，能吸收由高頻變壓器漏感形成的尖峰電壓，保護晶片內部的功率場效應管MOSFET不受損壞。

? 外部誤差放大器由TL431C組成。當 5V輸出電壓升高時，經R3、R4分壓後得到的取樣電壓，就與TL431C中的2.5V帶隙基準電壓進行比較，使其陰極電位降低，LED的工作電流IF增大，再通過線性光耦IC2（CNY17-2）使控制端電流IC增大，TOP104Y的輸出占空比減小，使UO1維持不變，達到穩壓目的。 5V穩壓值UO1則由TL431C、光耦中的LED正向壓降來設定。R1是LED的限流電阻。誤差放大器的頻率回響由C5、R2和C6來決定。C5的作用有三個：濾除控制端上的尖峰電壓；決定自動重啟動頻率；與R2一起對控制迴路進行補償。