高壓隔離線性光耦放大電路設(shè)計(jì)

該電路對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行放大、校正，供A/D轉(zhuǎn)換使用。我們采用線性光耦合放大電路。線性光耦合器件TIL300的輸入輸出之間能隔離3500V的峰值電壓，可以有效地將測(cè)量通道與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)隔離開來(lái)，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)避免測(cè)量通道部分較高電壓的危害，對(duì)信號(hào)放大的線性度也很好。

多路輸入和信號(hào)調(diào)理電路如圖1所示。

圖1中TIL300是光線光耦合器件，適合交流與直流信號(hào)的隔離放大，主要技術(shù)指標(biāo)如下：
*帶寬>200kHz；
*傳輸增益穩(wěn)定度為±0.05%/℃；
*峰值隔離電壓為3 500V.
C104是0.1μF的獨(dú)石電容，防止電路產(chǎn)生震蕩。TIL300內(nèi)部D0是發(fā)光二極管，其電流工作點(diǎn)If可選為10mA.D1、D2為光敏二極管，它們受D0的激發(fā)分別產(chǎn)生電流Ip1和Ip2，其大小與If有關(guān)：
Ip1=K1.If
Ip2=K2.If
其中K1.If、K2.If表明Ip1，Ip2隨If的變化規(guī)律，可稱為光耦合函數(shù)。由于D1、D2用相同的工藝作成并與D0封裝在一起，因此，它們的光耦合函數(shù)的變化規(guī)律相當(dāng)一致，故可設(shè)：
K=Ip2/Ip1=（K2.If）/（K1.If） （1）

實(shí)際上可以把K看作常數(shù)，K的值是TIL300的電氣參數(shù)，典型值為1.參數(shù)取值范圍為0.75～1.25.

U1構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋放大器，其同相輸入端和反相輸入端的電壓應(yīng)近似相等，即滿足式（2）：
Vi≈Ip1.R1 （2）

U3是一個(gè)射極跟隨器，輸入阻抗很高，輸出電壓Vo等待輸入端電壓：
Vo≈Ip2.R2 （3）

于是高壓隔離線性光耦合放大電路的增益可由式（4）計(jì)算：
Vo/Vi=（Ip2/Ip1）。（R2/R1）=K（R2/R1） （4）

由于被測(cè)量的蓄電池電壓是由R3、R4、R5分壓后輸入U(xiǎn)1同相端的，所以
Vi=E.[R5/R3+R4+R5]] （5）

E是蓄電池的端電壓，由此可得：
Vo=K.（R2/R1）。[R5/（R3+R4+R5）。E （6）

式（6）表明Vo與E是線性關(guān)系。

I+12V是個(gè)獨(dú)立電源，用于U1和TIL300的輸入部分；±12V也是個(gè)獨(dú)立電源，用于U3和TIL300的輸出部分。這兩個(gè)電源的隔離對(duì)電路的高壓隔離性能有很大影響，應(yīng)選用電源變壓器中兩組彼此有良好絕緣的線圈來(lái)制作。

微型繼電器輸入端串接的50Ω電阻是測(cè)量回路中的限流電阻、防止意外短路或絕緣不良產(chǎn)生過大電流燒毀器件或毀壞蓄電池。由于U1運(yùn)算放大器的輸入阻抗很高，50Ω限流電阻對(duì)測(cè)量精度無(wú)影響。這些限流電阻應(yīng)選擇功率值大于1W的金屬膜電阻。

調(diào)節(jié)電位器R4可以適應(yīng)不同端電壓的蓄電池。

限于篇幅，其它電路不再介紹。

實(shí)際運(yùn)行表明，該電路整修系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好。