PCB-Neuigkeiten - Prinzip der linearen Optokoppler und PCB Schaltung Design

Einführung des linearen Optokopplers

Optische Isolation ist eine sehr verbreitete form der Signalisolierung. Häufig verwendete Optokoppler-Vorrichtung und seine Peripherie Leiterplattenschaltung Zusammensetzung. Durch die Einfachheit des Optokopplers Leiterplattenschaltung, es wird oft in digitaler Isolation verwendet Leiterplattenschaltungen oder Datenübertragung Leiterplattenschaltungen, wie die 20mA Stromschleife des UART Protokolls. Für das Analog signal, Der Optokoppler hut eine schlechte Eingangs- und Ausgangslinearität und hat eine große Änderung mit der Temperatur, das seine Anwendung in der analogen Signalisolierung begrenzt.

Für hochfrequente AC-Analogsignale, Transformatortrennung ist die häufigste Wahl, aber nicht geeignet für Nebensignale. Einige Hersteller bieten Isolationsverstärker als Lösungen für die analoge Signalisolierung an. Das AC-Signal wird durch Transformator isoliert, und dann wird die Frequenz-Spannungsumwandlung durchgeführt, um den isolation seffekt zu erhalten. Die interne Leiterplattenschaltung Der integrierte Isolationsverstärker ist komplex, groß in der Größe, und hohe Kosten, das nicht für Großanwendungen geeignet ist.

Eine bessere Wahl für die analoge Signalisolierung ist der Einsatz linearer Optokoppler. Das Isolationsprinzip des linearen Optokopplers unterscheidet sich nicht von dem gewöhnlichen Optokoppler, außer dass der Single-Shot- und Single-Receive-Modus des gewöhnlichen Optokopplers leicht verändert wird, und einen Lichtempfang Leiterplattenschaltung für Feedback wird für Feedback hinzugefügt. Auf diese Weise, obwohl die beiden Lichtempfänger Leiterplattenschaltungen are non-linear, die nichtlinearen Eigenschaften der beiden Lichtempfänger Leiterplattenschaltungs sind gleich. Auf diese Weise, Die Nichtlinearität des Durchgangspfades kann durch die Nichtlinearität des Rückkopplungspfades ausgeglichen werden, Um den Zweck der linearen Isolation zu erreichen.

Es gibt mehrere optionale Chips für lineare Optokoppler auf dem Markt, wie Agilents HCNR200/201, TOASs Tochtergesellschaft TIL300, CLARES LOC111 und so weiter. Hier nehmen wir HCNR200/201 als Beispiel zur Einführung

Chipeinführung und Grundsatzerklärung

Das interne Blockdiagramm von HCNR200/201, unter ihnen 1.2 wird als Eingang des Isolationssignals verwendet, 3.4-Pins werden für Feedback verwendet, 5.6-Pins werden für den Ausgang verwendet. Der Strom zwischen den Pins 1 und 2 wird als IF aufgezeichnet, und der Strom zwischen den Pins 3 und 4 und zwischen den Pins 5 und 6 wird als IPD1 und IPD2 aufgezeichnet, jeweils. Das Eingangssignal durchläuft eine Spannungs-Strom-Umwandlung, und die Spannungsänderung wird im aktuellen IF reflektiert. IPD1 und IPD2 sind grundsätzlich linear mit IF, und die linearen Koeffizienten werden als K1 und K2 bezeichnet.

K1 and K2 sind in der Regel sehr klein(HCNR200 beträgt 0.50%),und variieren stark mit der Temperatur(HCNR200 variiert von0.25% bis 0.75%), aber das ChipDesign macht K1 und K2 gleich. Wie Sie später sehen können, in einer vernünftigen Peripherie Leiterplattenschaltung Design, was die Ausgabe wirklich beeinflusst/Eingangsverhältnis ist das Verhältnis K3 der beiden. Lineare Optokoppler nutzen diese Eigenschaft, um eine zufriedenstellende Linearität zu erreichen.

Die interne Struktur von HCNR200 und HCNR201 ist genau die gleiche, der Unterschied liegt in einigen Indikatoren. Im Vergleich zu HCNR200, HCNR201 bietet höhere Linearität.
Einige Indikatoren der Isolation mit HCNR200/201 sind wie folgt:

* Linearity: HCNR200: 0.25%, HCNR201: 0.05%;
* Linear coefficient K3: HCNR200: 15%, HCNR201: 5%;
* Temperature coefficient: -65ppm/oC;
*Isolationsspannung: 1414V;

*Signalbandbreite: DC bis über 1MHz.

Aus dem obigen kann man sehen, dass, wie gewöhnliche Optokoppler, Lineare Optokoppler isolieren den Strom wirklich. Wenn Sie die Spannung wirklich isolieren wollen, Sie müssen Hilfsmittel hinzufügen Leiterplattenschaltungs wie Operationsverstärker am Ausgang und Ausgang. Im Folgenden werden die typischen Leiterplattenschaltung von HCNR200/201, und leitet und erklärt, wie Rückkopplung und Strom-Spannung- und Spannungsstromumwandlung in der Leiterplattenschaltung.

Hilfsmittel Leiterplattenschaltung und Parameterbestimmung

Die oben-Ableitung geht davon aus, dass alle Leiterplattenschaltungen im linearen Bereich arbeiten. Um dies zu tun, Sie müssen den Operationsverstärker vernünftig auswählen und den Widerstand des Widerstands bestimmen.

3.1Auswahl des Operationsverstärker

Der OP-Verstärker kann über ein einzelnes Netzteil oder ein positives und negatives Netzteil mit Strom versorgt werden. Das obige Beispiel ist ein einzelnes Netzteil. Damit der Eingangsbereich von 0 bis VCC sein kann, Der Operationsverstärker muss in der Lage sein, vollen Schwung zu betreiben. Darüber hinaus, Die Betriebsgeschwindigkeit und Schwenkrate des Operationsverstärker beeinflussen nicht die Leistung der gesamten Leiterplattenschaltung. LMV321 Einzelverstärker von TI Leiterplattenschaltung kann die oben genannten Anforderungen erfüllen und als Peripheriegerät verwendet werden Leiterplattenschaltung von HCNR200/201.

3.2Bestimmung des Widerstands

Bei der Auswahl des Widerstands muss der lineare Bereich des Operationsverstärker und der maximale Betriebsstrom IFmax des linearen Optokopplers berücksichtigt werden. Wann K1 bekannt ist, IFmax bestimmt den maximalen Wert von IPD1, IPD1max. Auf diese Weise, da die Reichweite von Vo mindestens 0 sein kann, auf diese Weise, weil IFmax als vorteilhaft für die Energieübertragung angesehen wird, wird in der Regel zusätzlich eingenommen, Der Operationsverstärker im tiefen negativen Rückkopplungszustand erfüllt die virtuelle Kurzcharakteristik. Daher, in Erwägung der Beschränkung von IPD1, Die Bestimmung von R2 kann anhand der erforderlichen Vergrößerung bestimmt werden. Zum Beispiel, wenn die Methode nicht benötigt wird, nur R2=R1 einstellen.
Darüber hinaus, weil der Optokoppler etwas hochfrequentes Rauschen erzeugt, Ein Kondensator wird normalerweise parallel an R2 geschaltet, um einen Tiefpassfilter zu bilden. Der Wert des spezifischen Kondensators wird durch die Eingangsfrequenz und die Rauschfrequenz bestimmt.

3.3Beispiele für die Parameterbestimmung

Vorausgesetzt, dass Vcc=5V, der Eingang liegt zwischen 0-4V, und der Ausgang ist gleich dem Eingang, Verwendung des LMV321 op amp Chips und der Leiterplattenschaltung above, Der Prozess der Parameterbestimmung ist unten angegeben.

* Determine IFmax: ca. 25mA empfohlen in der Bedienungsanleitung von HCNR200/201;
* Determine R3: R3=5V/25mA=200;
* Determine R1:;
* Determine R2: R2=R1=32K.

Zusammenfassung

Dieser Artikel gibt eine kurze Einführung in den linearen Optokoppler sowie die Vorsichtsmaßnahmen und Referenzen im Einsatz von PCB-Schaltungsdesign, Parameterauswahl, etc, und die entsprechende Ableitung und Erläuterung der PCB-Schaltungsdesign Verfahren für die Referenz der Mehrheit der Elektroniker.

Das obige ist eine Einführung in das Prinzip des linearen Optokopplers und Leiterplattenschaltung design. Ipcb wird auch Leiterplattenherstellern zur Verfügung gestellt und Leiterplattenherstellung Technologie.