一种高精度光电隔离方法的设计与实现

和
电流 大 小在 １ ～５ “ 之 间 。 Ｏ ＯＡ Ｅ Ｂ电 路 仿 真 结 果 如 图 ２所 示 。从 图 中 可 以 看 Ｗ
出 ，输 入输 出 的线 性度 很 好 ，误 差 在 ５ 以下 。 实 际应
用 中可 以通 过 调 节 Ｋ 或 在 一 定 条 件 下 调 节 隔 离 偏 移 量 ，通 过硬 件 线 性 隔 离 加 软 件 调 整 可 以使 电路 达 到 很 高 的精 度 。
３所 示
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图 ５软件补偿后输入输 出曲线
图 ３软件补偿流程 图
由 于模 拟 量 的 输 入 与 隔 离 后 的 输 出 信 号 之 间 是 线 性 的关 系 ，所 以 在 拟 合 中 采 用 一 次 拟 合 函 数 Ｙ一 甜 ＋ｂ，以 模 拟 量 的 输 入 为 ｚ ， 隔 离 后 的 输 出信 号 为 Ｙ，基 于 ＶＢ和 Ｍａｅｘ ｒｉＶＢ的 数 据 拟 合 补 偿 软 件 求 解
ａ， ｂ 。
３ 结 束 语
给 出 了利 用 高 精 度 线 性 模 拟 光 耦 器 件 ＨＣＮＲ２ １ Ｏ 进 行 模拟 电压 电气 隔 离 的 基 本 原 理 和 硬 件 电路 ，对 输 出 电压进 行 了软 件 补偿 ，并 用 试 验 的 方 法 验 证 了该 方 法 的可行 性 和 正 确 性 。 该 方 法 测 量 电 压 线 性 度 好 ， 测 量 精 度 高 ，在 嵌 入 式 煤 巷 突 出预 测 系 统 中得 到 了很 好
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图 ４ 自动清洗程序结构图
具 体 测 量 方 法 为 ：利 用 ＡＤＴ７ ０模 块 的 ＤＡＣ功 能 ， ０
输 出 ０ Ｖ 的 输 出 电 压 作 为 进 入 信 号 调 理 电路 的 模 ～６
拟 量 输 入 信 号 （ 统 实 际 输 入 电 压 １ Ｖ），ＡＤＴ７ ０ 系 ～５ ０ 模 块 每 输 出 一 个 电压 值 利 用 ＡＤＴ７ ０模 块 的 ＡＤ 功 ０ Ｃ 能 测 得 调 理 电 路 的 模 拟 量 输 出 信 号 ，这 样 就 会 有 一 组 一 一 对 应 的 输 入 和 输 出 数 据 ，根 据 这 些 数 据 利 用 补 偿 软 件 得 出 拟 合 函 数 。补 偿 软 件 的 流 程 图 ， 如 图
转 换 电路 ，Ｕ２ 和 Ｒ。将 Ｐ Ａ Ｄ２转 换 为 电 压 输 出 。 Ｒ 。
为 Ｌ Ｄ 的 限 流 电 阻 ，Ｃ 、 。起 反 馈 作 用 ， 用 于 改 善 Ｅ Ｃ 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 。
根 据运 放 的 “ 短 ”特 性 得 到 虚
ＪＤ Ｐ１一 Ｖ。／ Ｒ１ １ （） １
根据 运 放 的 “ 断 ”特 性 得 到 虚
ＩＤ Ｐ２一 Ｖｍ１× Ｒ２ ｎ （ ２）
输 出 电压 为 ：
收 稿 日期 ： ０ ８ ０ — ８ ２０ — ８ ２
故 。解 决 模 拟 信 号 通 道 引 入 干 扰 的 一 个 有 效 的 方 法
就 是 采 用 隔 离 技 术 ， 即将 产 生 干 扰 信 号 的 干 扰 源 与 测 量 系统 隔 离 开 。
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Ｐ ＧＮＤ
图 １ 高精 度线性 光耦电压隔离 电路
Ｖ ｌ— Ｖ。 ｌ× Ｋ ｉ 亍１ －
Ｃ２
ｌ０ Ｆ Ｏｐ
方 面使 得 生 产 效 率 得 以 大 幅 度 提 高 ，但 另 一 方 面 也
产 生 了很 多 复 杂 的 电 磁 干 扰 ，造 成 电 网 的 污 染 。 这
些 干 扰 源 通 过 耦 合 通 道 对 嵌 入 式 系 统 产 生 干 扰 ， 导
致 输 出 脱 离 计 算 机 指 令 的 要 求 ， 甚 至 引 起 设 备 事
的应 用 。
图 ４为 拟 合 之 前 输 入 输 出 曲 线 。 图 中 “ ｔｉ Ｍａｒ ｘ Ｖｉ ｅ ｅ ｒ”窗 口 中的２ 数 据 为拟 合 得 到 的 函数 系 数 ，ａ ｗ 组 一
０ ９ １ ｂ一０ ０ １ ７ ．９， ． ０ ９ ９得 到 拟合 函 数 ：
Ｙ — Ｉ ・０ ９ １ ０ Ｏ １ ７ ｚ ． ９ ＋ ． ０９ ９ （ ４）
测 控 技 术
一
种 高 度 光 电隔 离 方 法 的设 计 与 实 现 精
王 琳 ， 陈松 立 ，季 海 涛 ， 陈 婕
（ 中国矿 业 大学信 息 与 电气工程 学 院， 江苏 徐 州 ２ １０ ） ２ ０ ８
０ ［ 摘要 ］ 利 用 线性 模 拟 器件 ＨＣＮＲ２ １搭 建 电 压 量 隔 离测 试 的 硬 件 电路 ， 并 对 隔 离输 出 进 行 软 件 补 偿 ， 给 出数
［］ 远 ． 拟 电子 技 术． 京 ： 械 工 业 出版社 ，９ ９ １王 模 北 机 １ ９
Ｅ３ 涛 ， 线 性 光 耦 ＨＮＲ ０ ２张 等． ２ １在 正 负 电压 测 量 上 的 应 用 ．
微 计 算 机 信 息 ，０ ７ ２ ２７ ２ ８ ２ ０ ， ：９ ￣ ９
（ 责任 编辑
祝 晓艳）
２
（） ３
目前 ，利 用 光 电 隔离 方 法 进 行 模 拟 量 隔 离 越 来 越 受 到欢 迎 ，应 用 也更 加普 遍 。 本 文 给 出一 种 利 用 高 精 度 线 性模 拟 光 耦 器 件 ＨＣ ＮＲ２ １光 电 隔 离 方 法 对 模 拟 ０ 电压 信 号进 行 采 集 的 电路 ，对 隔 离 输 出进 行 了 软 件 补 偿 ，并 通过 实 验证 明 了该 方 法 的 正确 性 。
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Ｕ１ 的输 入 端 ，完 成 对 Ｌ Ｄ输 出 光 信 号 的 检 测 ， 并 Ａ Ｅ
自动调 整 通 过 Ｉ 的 电 流 ， 以补 偿 Ｌ Ｄ 光 强 随温 度 ＥＤ Ｅ 变 化 引起 的 非 线 性 ， 因 此 该 反 馈 放 大 器 主 要 用 于 稳
定 ＬＥ 的 光 输 出并 使 其 线 性 化 。Ｕ２ 构 成 电 流 电 压 Ｄ Ａ
度 大幅提升 。
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以 后 拟 合 误 差 达 到 最 小 ，必 须 对 信 号 输 入 源 严 格 要 求 ，采 用 精 度 高 的 信 号 源 ， 还 要 在 所 测 数 据 的 选 择
上 慎 重 考 虑 ，两 组 测 量 数 据 之 间 的 间 隔 不 要 很 大 。
２ 线 性 补 偿 实 现
通 过测 量 获 得 模 拟 量 输 入 信 号 电 压 和 经 过 光 耦 隔 离放 大 后 的输 出 信 号 电压 ， 为 用 软 件 获 取 拟 合 多 项 式 和 程序 实 现软 件 补偿 提 供 了数 据 。
这 些 数 据 是 指 在 实 验 室 条 件 下 的 模 拟 量 输 入 测 量 数 据 。 为 了 保 证 测 量 数 据 准 确 性 和 一 致 性 ， 以 及
作 者 简介 ： 琳 （ ９ ４）硕 士研 究 生 ， 要 从 事 电机 与 电 器 方 王 １８ 一 ， 主
向 的研 究 。
图 ２ 隔离电路仿真波形
电工技术 Ｉ０８ｌ 期１ ０ ２ ４ ２ １ ３
测 控 技 术
拟 合 函 数 系 数 ，通 过 比较 可 看 出 ， 系 统 数 据 采 集 精
１ 应 用 电路 的 实 现
具 体 应 用 电 路 如 图 １所 示 ， 将 Ｐ Ｄ１接 人 到 输 入 电路 ，用 来 检 测 和 稳 定 发 光 二 极 管 发 光 的 强 度 ， 则 Ｐ Ｄ２作 为 输 出 电 路 的 一 部 分 与 测 量 电 路 实 现 了 电 气 隔离 。 运 放 Ｕ１ 构 成 负 反 馈 放 大 电 路 ， Ｐ Ａ Ｄ１接 在
Hale Waihona Puke 式 中 ： ｚ为 隔离 后 Ａ／ Ｄ转 换值 ， Ｙ为 补偿 后 隔离 前 输
入值 。
参 考 文 献
通 过 在 数 据 采 集 程 序 中 加 入 这 个 公 式 ，对 Ａ／ Ｄ 得 到 的 数 值 进 行 运 算 可 以 获 得 较 高 精 度 的 数 据 Ｙ。实 验 证 明 ， 补 偿 后 的 输 入 输 出 误 差 可 以 控 制 在 ０ ５ 以 内 。图 ５所 示 为 补 偿 后 的输 入 输 出 曲线 和 ．
由式 （ ） 以看 出 ，由 于 Ｋ 为 一定 值 ，只要 合 理 选 ３可
择 Ｒ 和 Ｒ 就可 以配 置输 入 输 出 电压 之 间 的 比例 。