HCNR201线性光耦的原理与电路设计应用.doc

HCNR201线性光耦的原理与电路设计应用.doc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
%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
Agile nt 公司的 HCNR200/201 这里以HCNR200/20伪例介绍
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
TI 子公司 TOAS勺 TIL300，CLARE勺 LOC111 等。
芯片介绍与原理说明
HCNR200/20的内部框图如下所示
LED ANODE
LED CATHODE
8
NO
NC
图表1 HCNR200/201内部结构
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
K —【PE p — IFD1
民［— 、 2 — 1
K1与K2 一般很小（%）,并且随温度变化较大（HCNR20的 %%之间），但芯片的设计使得 K1和K2相等。在后面可 以看到，在合理的外围电路设计中，真正影响输出/输入比值的是二者的比值 K3, 线性光耦正利用这种特性才能达到满意的线性度的。
HCNR200口 HCNR20的内部结构完全相同，差别在于一些指标上。相对于 HCNR200 HCNR20提供更高的线性度。
米用HCNR200/20进行隔离的一些指标如下所示：
线性度：HCNR200 %, HCNR201 %;
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，线性光耦真正隔离的是电流，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 HCNR200/20的典型电路进行分析，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。
典型电路分析
Agile nt公司的HCNR200/20的