專利名稱：一種光電隔離線性變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可線性傳送模擬信號(hào)的光電隔離線性變換器。
技術(shù)背景為了提高單片機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性，減少外部干擾對(duì)單片機(jī)的影響，數(shù)字系統(tǒng)一 般都采用光電隔離的方法對(duì)外部系統(tǒng)進(jìn)行隔離。對(duì)于開關(guān)量進(jìn)行隔離一般都采用光耦隔 離。而模擬量的輸入、輸出若采用線性光耦，或?qū)Ｓ酶綦x集成電路，將大幅提高產(chǎn)品的成本， 專用集成電路同時(shí)將增加電路的復(fù)雜程度，從而對(duì)產(chǎn)品的銷售造成不利的影響。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是提出一種光電隔離線性變換器，能線性傳送模擬信號(hào)，且 電路簡(jiǎn)單，成本低，調(diào)試方便。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型一種光電隔離線性變換器，包括雙光耦電路，包含兩個(gè)參數(shù)相同的光耦A(yù)、B，輸入電壓Ui經(jīng)電阻Rl施加在光耦A(yù) 的光電二極管兩端，電阻R連接在光耦B的光電二極管正極與地線之間，光耦A(yù)、B的光電三 極管發(fā)射極分別經(jīng)阻值相同的電阻R3、R4連接地線，光耦A(yù)、B的光電三極管集電極均連接 電源VCC ；積分電路，包含一個(gè)運(yùn)算放大器IC2，電容C2跨接在運(yùn)算放大器IC2的負(fù)輸入端和 輸出端之間，運(yùn)算放大器IC2的負(fù)輸入端連接光耦A(yù)的光電三極管發(fā)射極，正輸入端連接光 耦B的光電三極管發(fā)射極，輸出端連接光耦B的光電二極管負(fù)極；加法電路，包含一個(gè)運(yùn)算放大器IC3，電阻R5和可調(diào)電阻VR2串聯(lián)，連接在電源 VCC和地線之間，電阻R5和可調(diào)電阻VR2的連接點(diǎn)經(jīng)電阻R6連接運(yùn)算放大器IC3的負(fù)輸入 端，運(yùn)算放大器IC2的輸出端經(jīng)電阻R7也連接運(yùn)算放大器IC3的負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器IC3 的正輸入端經(jīng)電阻R8連接地線，電阻R9跨接在運(yùn)算放大器IC3的負(fù)輸入端和輸出端之間， 運(yùn)算放大器IC3的輸出端輸出電壓U3。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，上述加法電路的電阻R6、R7、R9阻值相同，電阻R8阻值為 電阻R6、R7、R9阻值的并聯(lián)值。電阻R8的阻值也可以為零，此時(shí)，運(yùn)算放大器IC3的正輸入端直接連接地線。本實(shí)用新型輸入電壓Ui經(jīng)光耦隔離再經(jīng)運(yùn)算放大器IC2，IC3后，輸出電壓U3，通 過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻VR2，可使輸出電壓U3和輸入電壓Ui呈線性比例關(guān)系，比例值只和電阻值 有關(guān)，故本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)電隔離的同時(shí)，又可線性傳送模擬信號(hào)。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例包括雙光耦電路、積分電路和加法電路。雙光耦電路，包含兩個(gè)光耦A(yù)、B, ICl為光耦芯片，型號(hào)為PC817-2，兩個(gè)光耦A(yù)、B 封裝在同一芯片ICl上，可認(rèn)為此兩光耦A(yù)、B的參數(shù)是相同的，即兩個(gè)光耦A(yù)、B的電流轉(zhuǎn)換 系數(shù)K是相同的，電流轉(zhuǎn)換系數(shù)K =光電三極管發(fā)射極電流Ie/光電二極管電流ID，光耦A(yù) 的電流轉(zhuǎn)換系數(shù)Kl =光耦B的電流轉(zhuǎn)換系數(shù)K2。輸入電壓Ui經(jīng)電阻Rl施加在光耦A(yù)的光電二極管兩端ICl的1、2腳，Cl為濾波 電容，并聯(lián)在光耦A(yù)的光電二極管兩端ICl的1、2腳。電阻R為電阻R2和可調(diào)電阻VRl串 聯(lián)而成，連接在光耦B的光電二極管正極ICl的3腳與地線之間，光耦A(yù)、B的光電三極管發(fā) 射極ICl的7、5腳分別經(jīng)阻值相同的電阻R3、R4連接地線，光耦A(yù)、B的光電三極管集電極 ICl的8、6腳均連接電源VCC。積分電路，包含一個(gè)運(yùn)算放大器IC2，電容C2跨接在運(yùn)算放大器IC2的負(fù)輸入端 IC2的2腳和輸出端IC2的1腳之間，運(yùn)算放大器IC2的負(fù)輸入端IC2的2腳連接光耦A(yù)的 光電三極管發(fā)射極ICl的7腳，正輸入端IC2的3腳連接光耦B的光電三極管發(fā)射極ICl 的5腳，運(yùn)算放大器IC2的負(fù)輸入端IC2的2腳和正輸入端IC2的3腳之間連接反向并聯(lián) 的二極管D1、D2，二極管D1、D2用作鉗位器件，電路工作時(shí)將運(yùn)算放大器IC2的2、3腳之間 的電壓鉗位在0. 6V之內(nèi)，對(duì)運(yùn)算放大器IC2起到保護(hù)作用。運(yùn)算放大器IC2的輸出端IC2 的1腳連接光耦B的光電二極管負(fù)極ICl的4腳。加法電路，包含一個(gè)運(yùn)算放大器IC3，電阻R5和可調(diào)電阻VR2串聯(lián)，連接在電源 VCC和地線之間，電阻R5和可調(diào)電阻VR2的連接點(diǎn)b經(jīng)電阻R6連接運(yùn)算放大器IC3的負(fù)輸 入端IC3的2腳，運(yùn)算放大器IC2的輸出端IC2的1腳經(jīng)電阻R7也連接運(yùn)算放大器IC3的 負(fù)輸入端IC3的2腳，運(yùn)算放大器IC3的正輸入端IC3的3腳經(jīng)電阻R8連接地線，電阻R9 跨接在運(yùn)算放大器IC3的負(fù)輸入端IC3的2腳和輸出端IC3的1腳之間，運(yùn)算放大器IC3 的輸出端IC3的1腳輸出電壓U3。電路中，電阻R6、R7、R9阻值相同，電阻R8的阻值為電 阻R6、R7、R9阻值的并聯(lián)值，電阻R8的阻值也可以為零，此時(shí)，運(yùn)算放大器IC3的正輸入端 IC3的3腳直接連接地線。在圖1中，輸入電壓Ui經(jīng)光耦隔離再經(jīng)IC2，IC3運(yùn)算放大器后，輸出U3，且U3 = Ui*(R2+VRl)/Rl。具體工作原理如下當(dāng)電路輸入端加上電壓Ui后，光耦A(yù)流過電流Idi，Idi = (Ui-Um)/Rl------------------------------------(1)；同時(shí)與之對(duì)應(yīng)的光耦三極管由截止變?yōu)閷?dǎo)通，其導(dǎo)通電流Iei = ID1*K1-----------------------------------------(2)；同時(shí)在R3上產(chǎn)生壓降UK3(UK3彡0)，此時(shí)Uk4為零，因此有電流通過電容C2，由IC2 的2腳流向IC2的1腳。從而IC2的輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)電壓U2。由于此負(fù)壓的出現(xiàn)在光耦 B的光電二極管中流過電流ID2，Id2 = (-UD2-U2)/(VR1+R2) -----------------------------(3)與之對(duì)應(yīng)的光電三極管中產(chǎn)生電流IE2，IE2 = K2*ID2-----------------------------------------(4)；[0027] 所以Uk4 = R4*K2*ID2。由于IC2與C2組成積分電路，IC2輸出端最終將穩(wěn)定在一 個(gè)值U2，根據(jù)積分電路的工作原理可知，當(dāng)U2穩(wěn)定后，流過C2的電流為0，也就是此時(shí)Uk3
—Ur4。Uk3 = R3*K1*ID1--------------------------------------(5)；Ue4 = R4*K2*ID2--------------------------------------(6)；由 Ue3 = Uk4，可得 R3*K1*ID1 = R4*K2*ID2由于在本電路中，R3 = R4，Kl = K2，因此可以推出Idi = Id2--------------------------------------------(7)；由等式(1)、(3)、(7)，可得(Ui-Um)/Rl = (-U2-UD2)/(VR1+R2) ---------------------(8)即Ui/Rl-Um/Rl = -UD2/(VR1+R2)-U2/(VR1+R2) -------------(9)可推算出U2 = - (VR1+R2) * (Ui/R1_UD1/Rl+UD2/ (VR1+R2))=-(VRl+R2)*Ui/Rl+(VRl+R2)*UD1/Rl_UD2-------------(10)由于Udi = Ud2，所以U2 =-(VRl+R2)*Ui/Rl+(R2+VRl-Rl)*UD1/Rl--------------(11)在電路中R6 = R7 = R9，設(shè)b點(diǎn)的電壓為Ub，則U3 = - (Ub/R6+U2/R7) xR9= -Ub-U2----------------------------------------(12)由等式(11)、(12)得U3 = (VRl+R2)*Ui/Rl-(R2+VRl-Rl)*UD1/Rl-Ub------------(13)調(diào)整電路中的VR2就可改變Ub的大小。在電路中我們使Ub= (R1-R2-VR1)*UD1/R1------------------------------(14)由等式(13)、(14)則可推出U3 = (VRl+R2)*Ui/Rl = K3*Ui---------------------------(15)其中K3= (VR1+R2)/R1---------------------------------(16)因此上述電路可線性傳送模擬信號(hào)，在電路中IC2及其后端電路與輸入電路Rl、 Cl之間沒有電的聯(lián)系，因此電路通過ICl實(shí)現(xiàn)了電的隔離。之所以選用可調(diào)電阻VR1，是為了便于得到不同的比例系數(shù)K3，以適應(yīng)不同電路
的需要。
權(quán)利要求一種光電隔離線性變換器，其特征在于包括雙光耦電路，包含兩個(gè)參數(shù)相同的光耦A(yù)、B，輸入電壓Ui經(jīng)電阻R1施加在光耦A(yù)的光電二極管兩端(IC1的1、2)，電阻R連接在光耦B的光電二極管正極(IC1的3)與地線之間，光耦A(yù)、B的光電三極管發(fā)射極(IC1的7、5)分別經(jīng)阻值相同的電阻R3、R4連接地線，光耦A(yù)、B的光電三極管集電極(IC1的8、6)均連接電源VCC；積分電路，包含一個(gè)運(yùn)算放大器IC2，電容C2跨接在運(yùn)算放大器IC2的負(fù)輸入端(IC2的2)和輸出端(IC2的1)之間，運(yùn)算放大器IC2的負(fù)輸入端(IC2的2)連接光耦A(yù)的光電三極管發(fā)射極(IC1的7)，正輸入端(IC2的3)連接光耦B的光電三極管發(fā)射極(IC1的5)，輸出端(IC2的1)連接光耦B的光電二極管負(fù)極(IC1的4)；加法電路，包含一個(gè)運(yùn)算放大器IC3，電阻R5和可調(diào)電阻VR2串聯(lián)，連接在電源VCC和地線之間，電阻R5和可調(diào)電阻VR2的連接點(diǎn)(b)經(jīng)電阻R6連接運(yùn)算放大器IC3的負(fù)輸入端(IC3的2)，運(yùn)算放大器IC2的輸出端(IC2的1)經(jīng)電阻R7也連接運(yùn)算放大器IC3的負(fù)輸入端(IC3的2)，運(yùn)算放大器IC3的正輸入端(IC3的3)經(jīng)電阻R8連接地線，電阻R9跨接在運(yùn)算放大器IC3的負(fù)輸入端(IC3的2)和輸出端(IC3的1)之間，運(yùn)算放大器IC3的輸出端(IC3的1)輸出電壓U3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電隔離線性變換器，其特征在于所述電阻R6、R7、R9的阻 值相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電隔離線性變換器，其特征在于所述電阻R8的阻值 為電阻R6、R7、R9阻值的并聯(lián)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電隔離線性變換器，其特征在于所述電阻R8的阻值為零。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電隔離線性變換器，其特征在于所述電阻R為電阻R2和 可調(diào)電阻VRl串聯(lián)而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電隔離線性變換器，其特征在于所述光耦A(yù)的光電二極 管兩端(ICl的1、2)并聯(lián)一個(gè)濾波電容Cl。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電隔離線性變換器，其特征在于所述運(yùn)算放大器IC2的 負(fù)輸入端(IC2的2)和正輸入端(IC2的3)之間連接反向并聯(lián)的二極管D1、D2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電隔離線性變換器，其特征在于所述光耦A(yù)、B封裝在同 一光耦芯片ICl上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光電隔離線性變換器，其特征在于所述光耦芯片ICl的型 號(hào)為 PC817-2。
專利摘要一種光電隔離線性變換器，包括雙光耦電路、積分電路和加法電路。輸入電壓Ui經(jīng)光耦隔離再經(jīng)積分電路和加法電路后，輸出電壓U3，通過調(diào)節(jié)加法電路的可調(diào)電阻VR2，可使輸出電壓U3和輸入電壓Ui呈線性比例關(guān)系，比例值只和電阻值有關(guān)，故本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)電隔離的同時(shí)，又可線性傳送模擬信號(hào)，且電路簡(jiǎn)單，成本低，調(diào)試方便。
文檔編號(hào)G08C19/00GK201654996SQ201020026419
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者余志勇, 劉建國, 劉文輝, 吳青, 段鑫, 魏維 申請(qǐng)人:廣州中浩控制技術(shù)有限公司