基于高线性光耦HCNR201的电压电流测量电路

　　模拟信号量值采集的精确度和稳定度决定了整个项目的运行可靠程度，然而，现场环境恶劣，干扰严重，为了对模拟信号的线性转换而不把现场的各种噪声干扰引入到控制系统，必须将被测模拟信号与控制系统之间进行良好的线性隔离。一般情况下，直流隔离措施可采用专用隔离运算放大器（ISO124系列）加配一个高精度隔离直流电源，通过电气耦合的方式来实现被测模拟信号与控制系统的线性隔离，但这种方法成本较高而且温漂较大。本文采用线性光耦HCNR201实现了被测模拟信号与控制系统之间的线性隔离。线性光耦的隔离原理与普通光耦没有太大差别，只是将改变了普通光耦的单发单收模式，增加一个用于反馈的光电二极管并且增大了线性区域。两个光电二极管都是非线性的，但其非线性特性都是一样的，所以可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性，从而实现了信号的线性传递。

HCNR201的工作原理

HCNR201是Avago公司推出的高线性光耦器件，通过外接不同的分立器件，可以实现交直流电流和电压的光电隔离转换电路，其内部结构如图1所示。HCNR201由高性能的AlGaAs型发光二极管及两个具有严格比例关系的光电二极管PD1和PD2构成。当发光二极管中流过电流IF时，其所发出的光会在光电二极管中PD1、PD2感应出正比于LED发光强度的光电流IPD1、IPD2，其中IF、 IPD1、IPD2满足以下关系：

　　式中K1、K2分别为发光二极管PD1、PD2的电流传输比，其典型值为0.48，范围为0.36～0.72；K3为该光耦的传输增益，其典型值为 1，范围为0.95～1.05。

图1 HCNR201内部结构图

　　光电二极管PD1接入输入回路，用于检测和稳定AlGaAs型发光二极管的发光强度，有效地消除了发光二极管的非线性、漂移等特性，而光电二极管PD2作为输出电路的一部分，能产生与发光二极管发光强度成线性关系的光电流，实现测量电路与输出电路之间的线性传递。特性极其相似的光电二极管及先进的封装工艺保证了该光耦的高线性度、传输增益稳定等特性。