HCNR200线性光耦的应用

HCNR200和HCNR201模拟光电耦合器SPICE电路仿真应用笔记AN5545Jamshed Namdar Khan，安华高科技(Avago Technologies)隔离应用产品事业部光电耦合器应用工程师介绍本应用笔记的目的是展示PSpice软件如何通过使用安华高科技(Avago Technologies)提供的PSpice宏模型精确预测和仿真Avago公司HCNR200和HCNR201模拟光电耦合器的行为，聚焦集成电路仿真程序(SPICE, Sim-ulation Program with Integrated Circuit Emphasis)目前被认为是模拟电路设计工程师不可或缺的工具。

相对模拟光电耦合器数据表参数或规格，良好的宏模型应该精确预测电路性能，PSpice或SPICE仿真是任何设计工程师成功完成设计项目一个必备并且不可或缺的工具，电路仿真有助于原始设计概念的发想，从而允许工程师调整并优化原型电路取得最佳可能电路性能。

电路仿真的最大优势在于建构实体硬件或进行性能测试前可以先行验证并改善设计，极小化花费在原型测试的时间和相关费用成本。

为何需要仿真？不管电路仿真可以如何进行或带来什么，有一点它绝不可能做到的是为你提供实际的电路设计，因此我们首先列举几个吸引设计工程师进行电路仿真的原因。

进行电路仿真的主要动力是极小化预测目标电路设计性能的时间，相较于实际建立和进行原型测试等效电路的评估，使用SPICE电路进行评估所使用的时间相对上非常微小，另外，这些电路仿真也可以在各种不同温度、偏置条件以及零组件数值和误差条件下多次进行，但耗费时间仅为进行电路试验板设计并于工作台上进行评估的数分之一。

在进行光电耦合器SPICE仿真时，首先应该了解的是软件并无法仿真光电耦合器的两个基本特性，设计工程师使用光电耦合器主要有两个理由，分别是绝缘和隔离，SPICE软件并无法对这两个主要关键光电耦合器功能建立模型。

常用的线性光耦与非线性光耦型号及替代线性光耦问
题
常用的线性光耦的型号
 线性光耦的电流传输特性曲线接近直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。

开关电源中常用线性光耦，如果使用非线性光耦，有可能使振荡波形变坏，严重时出现寄生振荡，使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的低频振荡依次为号调制。

由此产生的后果是对彩电，彩显，VCD，DCD等等，将在图像画面上产生干扰。

同时电源带负载能力下降。

在彩电，显示器等开关电源维修中如果光耦损坏，一定要用线性光耦代换。

 常用的4脚线性光耦（无反馈型线性光耦）有PC817A-C、PC111、
TLP521等。

 常用的6脚线性光耦有LP632、TLP532、PC614、PC714、PS2031等。

 
 常用的非线性光耦的型号
 4N25 晶体管输出
 4N25MC 晶体管输出
 4N26 晶体管输出
 常见光耦型号
 4N27 晶体管输出
 4N28 晶体管输出
 4N29 达林顿输出
 4N30 达林顿输出
 4N31 达林顿输出。

1. 线形光耦介绍光隔离是一种很常用的信号隔离形式。

常用光耦器件及其外围电路组成。

由于光耦电路简单，在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到，如UART协议的20mA电流环。

对于模拟信号，光耦因为输入输出的线形较差，并且随温度变化较大，限制了其在模拟信号隔离的应用。

对于高频交流模拟信号，变压器隔离是最常见的选择，但对于支流信号却不适用。

一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案，如ADI的AD202，能够提供从直流到几K的频率内提供0.025%的线性度，但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换，对产生的交流信号进行变压器隔离，然后进行频率-电压转换得到隔离效果。

集成的隔离放大器内部电路复杂，体积大，成本高，不适合大规模应用。

模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。

线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别，只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变，增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。

这样，虽然两个光接受电路都是非线性的，但两个光接受电路的非线性特性都是一样的，这样，就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性，从而达到实现线性隔离的目的。

市场上的线性光耦有几中可选择的芯片，如Agilent公司的HCNR200/201，TI子公司TOAS的TIL300，CLARE的LOC111等。

这里以HCNR200/201为例介绍2. 芯片介绍与原理说明HCNR200/201的内部框图如下所示其中1、2引作为隔离信号的输入，3、4引脚用于反馈，5、6引脚用于输出。

1、2引脚之间的电流记作IF，3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作IPD1和IPD2。

输入信号经过电压-电流转化，电压的变化体现在电流IF上，IPD1和IPD2基本与IF成线性关系，线性系数分别记为K1和 K2,即K1与K2一般很小（HCNR200是0.50%），并且随温度变化较大（HCNR200的变化范围在0.25%到0.75%之间），但芯片的设计使得 K1和K2相等。

使用线性光耦HCNR200制作交流电压测量模块测量范围：幅值30V测量精度：0.5%误差电路自行设计，要求写好设计报告，制作出实物模块。

参考原理见/hiwxzh/blog/item/e145eff1965a43bba40f52a7.html1. 线性光耦介绍光隔离是一种很常用的信号隔离形式。

常用光耦器件及其外围电路组成。

由于光耦电路简单,在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到,如UART协议的20mA电流环。

对于模拟信号,光耦因为输入输出的线形较差,并且随温度变化较大,限制了其在模拟信号隔离的应用。

对于高频交流模拟信号,变压器隔离是最常见的选择,但对于支流信号却不适用。

一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案,如ADI的AD202,能够提供从直流到几K的频率内提供0.025%的线性度,但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换,对产生的交流信号进行变压器隔离,然后进行频率-电压转换得到隔离效果。

集成的隔离放大器内部电路复杂,体积大,成本高,不适合大规模应用。

模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。

线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别,只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变,增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。

这样,虽然两个光接受电路都是非线性的,但两个光接受电路的非线性特性都是一样的,这样,就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性,从而达到实现线性隔离的目的。

市场上的线性光耦有几中可选择的芯片,如Agilent公司的HCNR200/201,TI 子公司TOAS的TIL300,CLARE的LOC111等。

这里以HCNR200/201为例介绍2. 芯片介绍与原理说明HCNR200/201的内部框图如下所示其中1、2引作为隔离信号的输入,3、4引脚用于反馈,5、6引脚用于输出。

1、2引脚之间的电流记作IF,3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作IPD1和IPD2。

输入信号经过电压-电流转化,电压的变化体现在电流IF上,IPD1和IPD2基本与IF成线性关系,线性系数分别记为K1和K2,即K1与K2一般很小（HCNR200是0.50%）,并且随温度变化较大（HCNR200的变化范围在0.25%到0.75%之间）,但芯片的设计使得K1和K2相等。

HCNR200和HCNR201模拟光电耦合器SPICE电路仿真应用笔记AN5545Jamshed Namdar Khan，安华高科技(Avago Technologies)隔离应用产品事业部光电耦合器应用工程师介绍本应用笔记的目的是展示PSpice软件如何通过使用安华高科技(Avago Technologies)提供的PSpice宏模型精确预测和仿真Avago公司HCNR200和HCNR201模拟光电耦合器的行为，聚焦集成电路仿真程序(SPICE, Sim-ulation Program with Integrated Circuit Emphasis)目前被认为是模拟电路设计工程师不可或缺的工具。

相对模拟光电耦合器数据表参数或规格，良好的宏模型应该精确预测电路性能，PSpice或SPICE仿真是任何设计工程师成功完成设计项目一个必备并且不可或缺的工具，电路仿真有助于原始设计概念的发想，从而允许工程师调整并优化原型电路取得最佳可能电路性能。

电路仿真的最大优势在于建构实体硬件或进行性能测试前可以先行验证并改善设计，极小化花费在原型测试的时间和相关费用成本。

为何需要仿真？不管电路仿真可以如何进行或带来什么，有一点它绝不可能做到的是为你提供实际的电路设计，因此我们首先列举几个吸引设计工程师进行电路仿真的原因。

进行电路仿真的主要动力是极小化预测目标电路设计性能的时间，相较于实际建立和进行原型测试等效电路的评估，使用SPICE电路进行评估所使用的时间相对上非常微小，另外，这些电路仿真也可以在各种不同温度、偏置条件以及零组件数值和误差条件下多次进行，但耗费时间仅为进行电路试验板设计并于工作台上进行评估的数分之一。

在进行光电耦合器SPICE仿真时，首先应该了解的是软件并无法仿真光电耦合器的两个基本特性，设计工程师使用光电耦合器主要有两个理由，分别是绝缘和隔离，SPICE软件并无法对这两个主要关键光电耦合器功能建立模型。

收稿日期:20052102151　邓醉杰　男　1980年生;湖南大学电气与信息工程学院在读硕士研究生,研究方向为电力电子与电力传动.复合励磁永磁同步发电机端电压采样隔离电路———线性光耦HC NR200的应用邓醉杰　叶丽花　黄守道　周健湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙(410082)摘　要　本文设计了复合励磁永磁同步发电机端电压采样隔离电路,简要介绍了新型线性光耦器件HC NR200的工作原理,也给出了隔离电路的硬件电路图、参数计算公式及其注意事项。

通过实验证明该电路正确实用。

关键词　复合励磁　隔离电路　线性光耦HC NR200中图分类号T M313　文献标识码B 文章编号1008-7281(2006)02-0036-03Term i n a l Volt age Sam pli n g and Isol a ti n g C i rcu it of Co m pound Exc it a ti onPermanen tM agnet Synchronous Genera tor 2The Appli ca ti onof L i n ear O pti ca l Coupler HCNR 200D eng Zu ijie,Ye L ihua,Huang S houdao,and Zhou J ianAbstract The ter m inal voltage sa mp ling and is olating circuit of co mpound excitati onper manent magnet synchr onous generat or is designed in this paper,the p rinci p le of the ne w linear op tical coup ler HCNR200is si m p ly discussed,and the sche me of hardware of is olating circuit,para meter calculati on f or mulas and attenti ons are given .It is p r oved that the sche me is true and p ractical p r oved by experi m ents .Key words Compound excitati on,is olating circuit,op tical coup ler HCNR200.0　引言近年来,由于永磁电机技术、电力电子技术的迅速发展,多电源输出、高效、高可靠性和稳定性的新型移动电站成为了研究主导。

1. 线形光耦介绍光隔离是一种很常用的信号隔离形式。

常用光耦器件及其外围电路组成。

由于光耦电路简单,在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到,如UART协议的20mA 电流环。

对于模拟信号,光耦因为输入输出的线形较差,并且随温度变化较大,限制了其在模拟信号隔离的应用。

对于高频交流模拟信号,变压器隔离是最常见的选择,但对于支流信号却不适用。

一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案,如ADI的AD202,能够提供从直流到几K的频率内提供0.025%的线性度,但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换,对产生的交流信号进行变压器隔离,然后进行频率-电压转换得到隔离效果。

集成的隔离放大器内部电路复杂,体积大,成本高,不适合大规模应用。

模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。

线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别,只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变,增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。

这样,虽然两个光接受电路都是非线性的,但两个光接受电路的非线性特性都是一样的,这样,就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性,从而达到实现线性隔离的目的。

市场上的线性光耦有几中可选择的芯片,如Agilent公司的HCNR200/201,TI子公司TOAS的TIL300,CLARE的LOC111等。

这里以HCNR200/201为例介绍2. 芯片介绍与原理说明HCNR200/201的内部框图如下所示其中1、2引作为隔离信号的输入,3、4引脚用于反馈,5、6引脚用于输出。

1、2引脚之间的电流记作IF,3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作IPD1和IPD2。

输入信号经过电压-电流转化,电压的变化体现在电流IF上,IPD1和IPD2基本与IF成线性关系,线性系数分别记为K1和K2,即K1与K2一般很小（HCNR200是0.50%）,并且随温度变化较大（HCNR200的变化范围在0.25%到0.75%之间）,但芯片的设计使得K1和K2相等。

线性光耦应用于煤矿电气产品设计[摘要]本文介绍了线性光耦器件的特性及工作原理，分析了该类器件用于模拟信号隔离转换的典型电路，给出线性光耦在煤矿电气产品电路设计中的应用实例。

关键词：线性光耦；光电隔离；hcnr201linear optical coupling application in coal mine electrical product designshao yan hui(changzhou automation research institute of china coal technology and engineering group corporation, changzhou 213015, china)abstract: this paper introduces the characteristics of linear optical coupling components and working principle, analyzes the such devices in the analog signal isolation and conversion of typical circuit, and gives the use of linear optical coupling in circuit design of coal mine electrical product application.keywords: linear optical coupling; photoelectric isolation; hcnr201中图分类号：x752 文献标识码：a 文章编号：引言：煤矿井下环境一般比较恶劣，为了适应井下的特殊环境，煤矿电气产品的设计在电气间隙、爬电距离、信号隔离等方面较普通电气产品要严格的多。

本文将介绍线性光耦隔离技术在煤矿电气产品电路设计过程中的应用。

1. 线形光耦介绍光隔离是一种很常用的信号隔离形式。

常用光耦器件及其外围电路组成。

由于光耦电路简单,在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到,如UART协议的20mA 电流环。

对于模拟信号,光耦因为输入输出的线形较差,并且随温度变化较大,限制了其在模拟信号隔离的应用。

对于高频交流模拟信号,变压器隔离是最常见的选择,但对于支流信号却不适用。

一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案,如ADI的AD202,能够提供从直流到几K的频率内提供0.025%的线性度,但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换,对产生的交流信号进行变压器隔离,然后进行频率-电压转换得到隔离效果。

集成的隔离放大器内部电路复杂,体积大,成本高,不适合大规模应用。

模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。

线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别,只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变,增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。

这样,虽然两个光接受电路都是非线性的,但两个光接受电路的非线性特性都是一样的,这样,就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性,从而达到实现线性隔离的目的。

市场上的线性光耦有几中可选择的芯片,如Agilent公司的HCNR200/201,TI子公司TOAS的TIL300,CLARE的LOC111等。

这里以HCNR200/201为例介绍2. 芯片介绍与原理说明HCNR200/201的内部框图如下所示其中1、2引作为隔离信号的输入,3、4引脚用于反馈,5、6引脚用于输出。

1、2引脚之间的电流记作IF,3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作IPD1和IPD2。

输入信号经过电压-电流转化,电压的变化体现在电流IF上,IPD1和IPD2基本与IF成线性关系,线性系数分别记为K1和K2,即K1与K2一般很小（HCNR200是0.50%）,并且随温度变化较大（HCNR200的变化范围在0.25%到0.75%之间）,但芯片的设计使得K1和K2相等。

基础分享HCNR200光耦合器典型电路分析
在昨天的文章中，我们结合光耦合器HCNR200的基本结构，为大家简
要分析了一下这种线性光耦的工作原理。

作为一种比较常见的线性光耦合器，HCNR200在很多电路的设计中都得到了应用，因此，今天我们将会结合这一线性光耦的实际电路应用情况，来分析一下该种型号的光耦在实际应用过程中的工作运行情况。

下图所示为用HCNR200实现一个简单隔离放大器的基
本应用电路。

 HCNR200光耦合器应用电路图
 通过对上图所提供的HCNR200线性光耦合器应用电路进行分析，我们可
以看到，在该种隔离放大器的应用电路中，运算放大器Al构成负反馈放大电路，PDl接在A1的输入端，完成对LED输出光信号的检测，并自动调整通过LED的电流，以补偿LED光强随温度变化引起的非线性，因此该反馈放
大器主要用于稳定LED的光输出并使其线性化。

运算放大器A2构成电流电压转换电路A2和及R2将IPD2转换为电压输出。

电阻R3为LED的限流电阻，C1、C2为起反馈作用，用于改善电路的高频特性，提高电路的稳定性，消除自激振荡，滤除电路中的毛刺信号，降低电路的输出噪声，其容值可根据电路的频率特性来选取。

设IED两端的电压为VLED，A1输出端电压为Vo1，根据运放“虚短”和“虚断”特性，可以得出公式：
 由上文中所提供的公式我们可以看到，IPD1仅仅决定于Vin以及R1的值，与LED的输出光强特性无关。

该隔离放大器电路的Vout与Vin也成线性关。

线性光耦在电流采样中的应用线性光耦在电流采样中的应用1 引言在现代电气测量和控制中,常常需要用低压器件去测量、控制高电压、强电流等模拟量,如果模拟量与数字量之间没有电气隔离,那么,高电压、强电流很容易串入低压器件,并将其烧毁。

线性光耦HCNR200可以较好地实现模拟量与数字量之间的隔离,隔离电压峰值达8000V;输出跟随输入变化,线性度达0.01％。

2 HCNR200/201简介HCNR200型线性光耦的原理如图1所示。

它由发光二极管D1、反馈光电二极管D2、输出光电二极管D3组成。

当D1通过驱动电流If 时,发出红外光(伺服光通量)。

该光分别照射在D2、D3上,反馈光电二极管吸收D2光通量的一部分,从而产生控制电流I1(I1=0.005If)。

该电流用来调节If 以补偿D1的非线性。

输出光电二极管D3产生的输出电流I2与D1发出的伺服光通量成线性比例。

令伺服电流增益K1=I1/If,正向增益K2=I2/If,则传输增益K3=K2/K1=I2/I1,K3的典型值为1。

3 电流检测电路3.1 光电导模式下的电流检测电路设计HCNR200工作在光电导模式下的检测电流电路如图2所示,信号为正极性输入,正极性输出。

隔离电路中,R1调节初级运算放大器的输入偏置电流的大小,C1起反馈作用,同时滤除了电路中的毛刺信号,避免HCNR200中的铝砷化镓发光二极管(LED)受到意外的冲击。

但是,随着频率的提高,阻抗将变小,HCNR200的初级电流增大,增益随之变大,因而,C1的引入对通道在高频时的增益有一定影响,虽然减小C1的值可以拓展带宽,但是,会影响初级运算放大器的增益,同时,初级运算放大器输出的较大毛刺信号不易被滤除。

R3可以控制LED的发光强度,对控制通道增益起一定作用。

3.2 光电压模式下的电流检测电路设计HCNR200工作在光电压模式下的检测电流电路如图3所示,信号为正极性输入,正极性输出。

R1、R2、R3、C1的作用与在光电导模式下的作用基本相同。

1. 线形光耦地研究设计光隔离是一种很常用地信号隔离形式.常用光耦器件及其外围电路组成.因为光耦电路简单,在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到,如UART协议地20mA电流环.对于模拟信号,光耦因为输入输出地线形较差,并且随温度变化较大,限制了其在模拟信号隔离地应用.对于高频交流模拟信号,变压器隔离是最常见地选择,但对于支流信号却不适用.一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离地解决方案,如ADI地AD202,能够提供从直流到几K地频率内提供0.025%地线性度, 但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换,对产生地交流信号进行变压器隔离,然后进行频率-电压转换得到隔离效果.集成地隔离放大器内部电路复杂,体积大,成本高,不适合大规模应用.模拟信号隔离地一个比较好地选择是使用线形光耦.线性光耦地隔离原理与普通光耦没有差别,只是将普通光耦地单发单收模式稍加改变,增加一个用于反馈地光接受电路用于反馈.这样,虽然两个光接受电路都是非线性地, 但两个光接受电路地非线性特性都是一样地,这样,就可以通过反馈通路地非线性来抵消直通通路地非线性,从而达到实现线性隔离地目地.市场上地线性光耦有几中可选择地芯片,如Agilent公司地HCNR200/201,TI子公司TOAS地TIL300,CLARE地LOC111等.这里以HCNR200/201为例介绍2. 芯片介绍与原理说明HCNR200/201地内部框图如下所示其中1、2引作为隔离信号地输入,3、4引脚用于反馈,5、6引脚用于输出.1、2引脚之间地电流记作IF,3、4引脚之间和5、6引脚之间地电流分别记作IPD1和IPD2.输入信号经过电压-电流转化,电压地变化体现在电流IF上,IPD1和IPD2基本与IF成线性关系,线性系数分别记为K1和K2,即K1与K2一般很小<HCNR200是0.50%）,并且随温度变化较大<HCNR200地变化范围在0.25%到0.75%之间）,但芯片地设计使得K1和K2相等.在后面可以看到,在合理地外围电路设计中, 真正影响输出/输入比值地是二者地比值K3,线性光耦正利用这种特性才能达到满意地线性度地.HCNR200和HCNR201地内部结构完全相同,差别在于一些指标上.相对于HCNR200,HCNR201提供更高地线性度.采用HCNR200/201进行隔离地一些指标如下所示：* 线性度：HCNR200：0.25%,HCNR201：0.05%；* 线性系数K3：HCNR200：15%,HCNR201：5%；* 温度系数： -65ppm/oC；* 隔离电压：1414V；* 信号带宽：直流到大于1MHz.从上面可以看出,和普通光耦一样,线性光耦真正隔离地是电流,要想真正隔离电压,需要在输出和输出处增加运算放大器等辅助电路.下面对HCNR200/201地典型电路进行分析,对电路中如何实现反馈以及电流-电压、电压-电流转换进行推导与说明.3. 典型电路分析Agilent公司地HCNR200/201地手册上给出了多种实用电路,其中较为典型地一种如下图所示：设输入端电压为Vin,输出端电压为Vout,光耦保证地两个电流传递系数分别为K1、K2,显然,,和之间地关系取决于和之间地关系.将前级运放地电路提出来看,如下图所示：设运放负端地电压为,运放输出端地电压为,在运放不饱和地情况下二者满足下面地关系：Vo=Voo-GVi (1>其中是在运放输入差模为0时地输出电压,G为运放地增益,一般比较大.忽略运放负端地输入电流,可以认为通过R1地电流为IP1,根据R1地欧姆定律得：通过R3两端地电流为IF,根据欧姆定律得：其中,为光耦2脚地电压,考虑到LED导通时地电压<）基本不变,这里地作为常数对待.根据光耦地特性,即K1=IP1/IF (4>将和地表达式代入上式,可得：上式经变形可得到：将地表达式代入<3）式可得：考虑到G特别大,则可以做以下近似：这样,输出与输入电压地关系如下：可见,在上述电路中,输出和输入成正比,并且比例系数只由K3和R1、R2确定.一般选R1=R2,达到只隔离不放大地目地.4. 辅助电路与参数确定上面地推导都是假定所有电路都是工作在线性范围内地,要想做到这一点需要对运放进行合理选型,并且确定电阻地阻值.4.1 运放选型运放可以是单电源供电或正负电源供电,上面给出地是单电源供电地例子.为了能使输入范围能够从0到VCC,需要运放能够满摆幅工作,另外,运放地工作速度、压摆率不会影响整个电路地性能.TI公司地LMV321 单运放电路能够满足以上要求,可以作为HCNR200/201地外围电路.4.2 阻值确定电阻地选型需要考虑运放地线性范围和线性光耦地最大工作电流IFmax.K1已知地情况下,IFmax又确定了IPD1地最大值IPD1max,这样,因为Vo地范围最小可以为0,这样,因为考虑到IFmax大有利于能量地传输,这样,一般取另外,因为工作在深度负反馈状态地运放满足虚短特性,因此,考虑IPD1地限制,这样,R2地确定可以根据所需要地放大倍数确定,例如如果不需要方法,只需将R2=R1即可.另外因为光耦会产生一些高频地噪声,通常在R2处并联电容,构成低通滤波器,具体电容地值由输入频率以及噪声频率确定.4.3 参数确定实例假设确定Vcc=5V,输入在0-4V之间,输出等于输入,采用LMV321运放芯片以及上面电路,下面给出参数确定地过程.* 确定IFmax：HCNR200/201地手册上推荐器件工作地25mA左右；* 确定R3：R3=5V/25mA=200；* 确定R1：。

3.3.3 HCNR200/201性能描述HCNR200/201是一种高线性度模拟光电耦合器，如图3-7所示，它由一个AlGaAs 制作成的高性能发光二极管和两个结构相同的光电二极管组成。

发光二极管具有稳定的光输出，可用来监控。

两个光电二极管可以同时接收发光二极管输出的信号。

HCNR200/201采用先进的封装形式，保证了光耦的高线性度和稳定的增益特性。

图 3-7 HCNR200封装图HCNR200/201可以用于隔离模拟信号,具有良好的稳定性、线性度、频带宽和低成本等特性。

HCNR200/201具有非常灵活的特性,可设计相应的应用电路，能够在许多不同的模式下进行操作,包括:单极/双极、ac / dc和反向/正向。

HCNR200/201很好的解决了许多模拟隔离问题。

HCNR200/201产品特点有非线性度高，数值为0.01%；HCNR200传递增益(IPD2 / IPD1•K3)为±15%，HCNR201的传递增益为±5%；增益温度系数为-65ppm /℃；带宽> 1兆赫；封装形式分为8引脚DIP和贴片两种；HCNR200/201允许灵活的电路设计。

图 3-8 HCNR200内部管脚图HCNR200/201主要应用在低成本的模拟信号隔离、工业过程控制、电子反馈回路、监测电机电源电压、医疗等领域。

其内部结构图如图3-8所示。

图3-8说明了HCNR200/201是一种高线性度的光耦。

它由一个发光二极管(LED)和两个同种工艺的光电二极管组成。

其中一个光电二极管(PD1)在隔离电路的输入部分，另一个光电二极管(PD2)构成隔离电路的输出部分。

由于光耦的封装,使每一个光电二极管可从LED上接收大致相同数量的光线。

放大器与PD1组成的外部反馈电路可用来监控发光二极管（LED）发出的光，并且可以补充流过LED的电流起到对LED的调节作用。

使得LED输出的光信号更加稳定，当PD2接收到光信号后，可以再通过另一个运算放大器把接收到的电流信号转化为电压信号。

线性光偶HCNR200的原理与电路设计孙鹏在电气测量、测试以及控制中，常常需要对高电压、强电流等模拟量进行采集。

如果模拟量（高压、强电流）与数字量之间没有电气隔离，那么，高电压、强电流很容易串入低压器件，并将其烧毁，因而必须对两种信号进行隔离。

光隔离是一种很常用的信号隔离形式，常用光耦器件及其外围电路组成。

但是，一般的光偶器件都是面向数字信号的，具有开、关二值性，对于模拟信号的隔离，需要使用线形光耦。

线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别，只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变，增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。

这样，虽然两个光接受电路都是非线性的，但两个光接受电路的非线性特性都是一样的，就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性，从而达到实现线性隔离的目的。

HCNR200是Agilent 公司生产的一款线性光耦，它可以较好的实现模拟量与数字量之间隔离，隔离电压峰值达8000伏，输出跟随输入变化，线性度达0.01％。

1、HCNR200/201简介线性光耦HCNR200的内部结构如图 1所示。

它由发光二极管D1（1、2引脚）、反馈光电二极管D2（3、4引脚）、输出光电二极管D3（5、6引脚）组成。

1、2引脚之间的电流记作I F ，3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作I PD1和I PD2。

当有I F 流过时，D1发出红外光(伺服光通量 )。

该光分别照射在D2、D3上，产生控制电流I PD1和输出电流I PD2。

D1两端的输入信号经过电压-电流转化，电压的变化体现在电流I F 上，I PD1和I PD2基本与I F 成线性关系，线性系数分别记为K1和K2,即：FPD F PD I I K I I K 2211,== 对于HCNR200，K 1与K 2为0.005，并且随温度变化较大（HCNR200的变化范围在0.0025到0.0075之间），但芯片的设计使得K 1和K 2相等。

在实际应用中，人们真正关心的是线性光偶电路的传输增益：K 3=K 2/K 1，对于HCNR200，K 3的典型值为1。

复合励磁永磁同步发电机端电压采样隔离电路--线性光耦
HCNR200的应用
邓醉杰;叶丽花;黄守道;周健
【期刊名称】《防爆电机》
【年(卷),期】2006(041)002
【摘要】本文设计了复合励磁永磁同步发电机端电压采样隔离电路,简要介绍了新型线性光耦器件HCNR200的工作原理,也给出了隔离电路的硬件电路图、参数计算公式及其注意事项.通过实验证明该电路正确实用.
【总页数】3页(P36-38)
【作者】邓醉杰;叶丽花;黄守道;周健
【作者单位】湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙,410082;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙,410082;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙,410082;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙,410082
【正文语种】中文
【中图分类】TM313
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2. 1基本测量原理图2所示为用HCNR200实现一个简单隔离放大器的基本拓扑,除了光耦,还用了2个运放和2只电阻。

这个电路虽然简单,却清楚地解释了基本的隔离放大电路是如何工作的。

简单说来,为了维持运放A1的“+ ”输入端始终为0V,A1将不断地调整流过LED的电流If,进而决定PD1上的电流Ipd1。

比如,增大输入Vin,将引起A1“+ ”端电压升高,在正负端形成一个电压差,经过A1放大,输出电压增大, If随之增大,光强提高, Ipd1也随之增大,直至“+ ”端电压重新回到0V。

假定A1是理想运放,没有电流流入运放的输入端,所有流过R1的电流都流过PD1,在运放达到平衡后,有Ipd1=Vin/R1图2基本拓扑pd1仅仅决定于输入电压以及R1的值,与LED的输出光强特性无关,因此在输入电压与光电二极管的电流之间就建立起很好的线性关系。

另外,虽然LED的输出光强随着温度的变化而略受影响,但运放A1将通过调整If来进行补偿。

由于HCNR200特殊的封装结构, 2只光电二极管将得到近似的光强,有K= Ipd2/ Ipd1运放A2和电阻R2将Ipd2转换为电压输出,有Vout= pd23 R2联立以上3式,得到输入输出电压的关系V out/Vin= K3 (R2/R1)(2)可以看出,Vout和Vin成线性关系,与LED的光强输出特性无关。

并且仅仅通过调整R1和R2的值,就可以改变此隔离放大电路的增益。

图2是单极性输入电路,要求输入电压Vin必须为正。

改变LED、光电二极管或者运放正负输入端的接法,可以得到更多的适合不同场合的隔离放大电路,比如单极性负输入电路、双极性电路等。

2. 2电路硬件设计图3中, 2只运放及周围阻容元件配合HCNR200构成了隔离电路,对电压较高的模拟量,可以进行分压。

同时,隔离两侧的供电要严格分开。

图中第一只运放及HCNR200 的LED和PD1部分采用+ A18V和模拟地(AGND)连接,第二只运放及HCNR200的PD2部分则由+ 18V和数字地( GND)相连,实现了电气隔离。