高線性度模擬光電耦合器的性能及設計理念

高線性度模擬光耦合器提供滿足各種模擬隔離要求所需的多功能性。 對于高壓應用的設計人員來說，高線性度模擬光耦合器可以在非常高電壓和低電壓區域可靠地發送模擬信號而不會失真。 本文詳細研究了高線性度模擬光耦的內部運行和伺服控制機制。 還提供了應用示例，范圍從電機控制電流檢測到過程控制中的傳統電流回路通信。


長期以來，標準數字光耦合器一直被用于滿足高壓應用中的光隔離要求。 將數字光耦與信號處理電路結合可以滿足高壓隔離的需求，但這會使設計復雜化，不適用于需要模擬輸入和模擬輸出的應用。 市場上的一些線性光耦合器確實提供模擬隔離，但它們不能提供必要的性能，例如線性度、增益精度和足夠高的工作絕緣電壓。 也可以考慮隔離放大器光耦合器，但設計人員必須考慮成本和性能之間的權衡。 

具有高線性度的模擬光耦合器非常適合在需要出色穩定性、線性度和帶寬的各種應用中隔離模擬信號。 優化后的電路可以處理不同類型的信號，包括單極/雙極、AC/DC 和反相/反相。 某些應用需要非常高的隔離電壓。 例如，在電機驅動高端電流傳感和相電流傳感應用中，工作電壓可能高達1kV。 光耦合器需要專門設計以在如此惡劣的條件下工作。 以下示例使用 Avago 的 HCNR200/201 光耦合器來說明各種隔離應用，這些應用可受益于高達 1.4kV 的高線性度和工作隔離電壓。 

電流傳感和電壓監測應用高線性度對于各種應用中的電流檢測和電壓監測至關重要，例如電機控制驅動器、開關電源反饋回路和逆變器系統。變速電機驅動器作為電機控制驅動器的一部分，不僅在工業應用中得到了越來越廣泛的應用，而且在家用電器中的關鍵器件如IGBT/MOSFET、門極驅動器和微控制器（MCU）等也得到了越來越廣泛的應用，模擬電流和電壓傳感器是反饋給單片機實現穩定和保護系統控制的重要環節。由于存在高壓，安全和監管機構通常（通常由安全和監管機構要求）通過電氣隔離保護操作電機和低壓數字電子設備的人員。直流母線電壓監測、直流母線電流檢測、交流相電流檢測、溫度和位置檢測需要高絕緣電壓（5kvrms/1min額定值）的光耦。

這些應用程序顯示在一個典型的電機驅動器框圖中（顯示在一個稱為“模擬隔離模塊”的方框中）。從圖中可以看出，電阻R2和R5分別用于測量直流母線電壓和直流母線電流，而電阻R3和R4用于測量電機的相電流。溫度和位置等參數可由連接至電機的適當傳感器感測，其輸出饋送至另一模擬隔離模塊。然后，所有參數通過屏障傳輸，由單片機采集。