[发明专利]一种基于光耦的线性隔离电路及方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于光电耦合器(简称光耦)的线性隔离技术，特别涉及一种基于光耦的线性隔离电路及方法。

背景技术

传统的模拟信号线性隔离的方法有很多种类，利用光耦实现电信号的线性隔离在体积、成本、抗干扰能力和电路复杂度等方面具有一定的优势，因此得到广泛的应用。它的作用一是为了避免输入端(信号端)和输出端电路因接地点不同所带来的误差，二是为了保护输出端电路免受输入端电路故障的影响，三是为了提供强抗干扰能力。采用光耦实现的隔离，分为数字信号隔离和模拟信号隔离。数字信号的光耦隔离方法比较简单，而模拟信号的光耦隔离则要复杂得多，既要达到隔离效果，又要尽可能地保证模拟信号不失真，即尽量保证信号的线性传输。

应用光耦传输模拟信号的最大问题就是非线性失真问题。光耦实现信号传输的物理本质是电流传输，任何光耦的电流传输特性中肯定存在一线性段，只是对于不同的光耦来说，其线性段的大小和线性度有所不同而已。所谓“线性光耦”是指其传输特性曲线中，电流传输比(输出电流与输入电流的比值)的线性段所占的比例较大、线性度较好的光耦。光耦的线性段通过实测即可容易地得到，而提高线性度的问题一般只能通过合理地设计电路来解决。现有的高精度和线性度良好的隔离电路普遍存在结构复杂或成本高的弊端。此外，传统的采用光耦的线性隔离电路，在输入端要使用隔离电源和运算放大器(简称运放)，并不适合应用在测量电压较高的模拟信号输入的场合。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于光耦的线性隔离电路及方法，主要利用普通光耦和运放实现线性隔离，具有电路结构简单、精度高、线性度好、成本低和安全性高等优点。

本发明的目的通过下述技术方案实现：本基于光耦的线性隔离电路，其特征在于：包括串联在隔离电路输入端的输入输出光耦PC1、对输入输出光耦PC1的输出电压进行跟随的第一电压跟随器、通过第一电压跟随器的电压跟随控制对输入输出光耦PC1的受光器实际输入电流进行采样的采样光耦PC2、实现输入输出光耦PC1的输出电压与采样光耦PC2的发光器的阴极电压的减法运算的减法器、对减法器的输出电压进行跟随的第二电压跟随器、将通过第二电压跟随器和比较光耦PC4比较控制的反馈电流反馈回隔离电路输入端的反馈光耦PC3、发光器与反馈光耦PC3的发光器串联的比较光耦PC4；采样光耦PC2的受光器输出电压与第一电压跟随器的反相输入端连接，比较光耦PC4的受光器输出电压与第二电压跟随器的反相输入端连接；输入输出光耦PC1与采样光耦PC2匹配，反馈光耦PC3与比较光耦PC4匹配，其中输入输出光耦PC1的电流传输比大于1。

所述比较光耦PC4的受光器的输出端负载包括可调电位器R9。

所述比较光耦PC4的发光器阴极和受光器发射极之间跨接电容C2。

所述采样光耦PC2的发光器阴极和受光器发射极之间跨接电容C1。

所述第一电压跟随器为运放；所述第二电压跟随器为运放，所述减法器为运放。

所述输入输出光耦PC1、采样光耦PC2、反馈光耦PC3、比较光耦PC4的发光器均为发光二极管，受光器均为光电三极管。

本基于光耦的线性隔离方法，其特征在于：将电流传输比大于1的输入输出光耦PC1串联在隔离电路输入端；采用第一电压跟随器对输入输出光耦PC1的输出电压进行跟随；采用采样光耦PC2对输入输出光耦PC1的受光器实际输入电流进行采样；采用减法器对输入输出光耦PC1的输出电压与采样光耦PC2的发光器的阴极电压进行减法运算；采用第二电压跟随器对减法器的输出电压进行跟随；采用反馈光耦PC3将通过第二电压跟随器和比较光耦PC4比较控制的反馈电流反馈回隔离电路输入端；将比较光耦PC4的发光器与反馈光耦PC3的发光器串联，并将比较光耦PC4的受光器输出电压作为第二电压跟随器的反相输入端电压；将采样光耦PC2的受光器输出电压与第一电压跟随器的反相输入端连接；使输入输出光耦PC1与采样光耦PC2匹配，反馈光耦PC3与比较光耦PC4匹配。

进一步地，在所述基于光耦的线性隔离电路中，在所述比较光耦PC4的受光器的输出端负载加设可调电阻R9。

优选地，在所述基于光耦的线性隔离电路中，在采样光耦PC2、比较光耦PC4的发光器阴极和受光器发射极之间分别跨接电容C1和C2。