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光电隔离电路设计方案（六款基于光耦、AD210AN的光电隔离电路图）

2022-07-27 14:13:00 【漠落】

光电隔离电路设计方案（一）

光耦亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电-光-电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器。

完成了大功率开关电源主回路设计，该电路采用的是全桥拓扑经过高频变压器转换再整流，实验项目是三相进线15V/6KA输出。其中，主回路的保护设计及报警设计是必不可少的。我首先想到的是，通过单片机输出控制继电器动作，而且由于抗干扰的要求，我必须通过光耦隔离。光耦隔离继电器保护电路设计应需而生。

主要电路设计如下图：

该继电保护主要隔离应用的是TI公司生产的TIL117光耦芯片。该芯片无需供电，通过光耦二极管上拉15V电源输出15mA即可正常工作，有效隔离了输出侧对主回路的电磁影响。

另外该电路还有一个+24V供电电源，大部分继电器设计的时候都需要24V，该电源设计图如下：

该电路主要的稳压芯片采用的是生产设计的UA7824芯片，该芯片输入电压可调范围宽，稳压性能好，功耗低价格低廉。在继电器电路设计的图纸中，稳压电源我大部分是用的这个芯片。

光电隔离电路设计方案（二）

新型电路原理

图1所示是笔者设计的隔离放大器的原理电路。本隔离放大电路主要由光电耦合器和运算放大器构成。光电耦合器选用普通光耦TLP521，运算放大器则选择通用运算放大器LF353。通过这两种普通器件的搭配。所得到的隔离放大器性能和专用模拟隔离放大器的性能相近。

图1所示是放大器加普通光耦组成的隔离放大电路。本隔离放大电路由输入和隔离输出两部分构成，且两部分使用隔离的电源（Vcc1、Vee1和Vcc2、Vee2供电。

输入部分由运放U1，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2，光电耦合器OPT1、OPT2、OPT3、OPT4的发光二极管部分OPT1_A、OPT2_A、OPT3_A、OPT4_A和OPT1、OPT3的光敏三极管部分OPT1_B、OPT3_B组成，由正电源Vcc1和负电源Vee1供电。

OPT1_A、OPT2_A和OPT3_A、OPT4_A的电流构成差动放大输入。R1和R2为运放的输入电阻，R3和R4可为四个光耦的发光二极管（LED）提供偏置和控制电流。运放U1和光耦OPT1、OPT3组成了一个射级跟随器，R5上的电压即为运放的输入电压。

运放的带宽决定着构成隔离放大器的带宽。现有的集成模拟隔离放大器的带宽均在100kHz以下，而常用运放的带宽是这个带宽的几倍到几十倍。

因此，本设计选用一般的运放就可以满足输入部分的带宽要求。所以，输入级的运算放大器可选用普通运放（如LF353）。R7和C3用来滤波。本电路的隔离输出部分由OPT2、OPT4的光敏三极管OPT2_B、OPT4_B、电位器W1和输出电阻R6组成。

OPT2_B和OPT4_B为隔离输出，它的电路结构和输入部分的光敏三极管相似，用于为输出级提供电流。电位器W1用来调零。而两部分光耦的电流传输比有偏差时，就会造成光耦LED电流相等而输出级电流差不相同，从而使输出电压vo的零点产生漂移。因此，调节电位器W1可以消除这种由于光耦器件特性偏差所带来的零点漂移。R6为输出负载，它和电位器W1共同决定输出电压vo。

由此可知，本设计选用普通光耦即可（如东芝公司的光电耦合器TLP521）。

AD210AN集成放大器

AD210AN是AD公司的集成模拟隔离放大器芯片。在该隔离放大电路中，AD210的16、17两引脚连接在一起，可实现信号跟踪功能。18、19两引脚之间通过电阻Ra接信号源Vs，18脚和Vs共地。脚1和脚2为输出引脚，Rb为输出负载电阻（使用时可选Ra=Rb=1kΩ）。该电路可实现1:1的隔离传输功能。

光电隔离电路设计方案（三）

光电隔离器可以组成多种应用电路，如光电隔离电路，长传输线隔离器，TTL电路驱动器，CMOS电路驱动器，脉冲放大器等。

光电隔离电路设计方案（四）

光电隔离是数据采集和控制系统抗干扰的一项重要措施，由于光电耦合器件的非线性，对模拟量的光电隔离会带来较大信号失真。为了提高光电隔离电路的线性度，采用负反馈方法把光耦器件的输出电流反馈输入端。进行光电隔离电路的静态特性试验。

深度负反馈电路设计，使用深度负反馈可以改善系统的线性度，根据这个原理，在此设计了模拟信号的光电隔离电路。在该电路中使用了1片LP521光耦和2片LM2904集成运放。LP521有两路光耦，其中一路用于信号转换，一路用于负反馈;运放2904，1A用于用于组成负反馈电路。运放2904构成了电压跟随器，用于增加电路带负载能力。模拟信号光电隔离电路如图3所示。

电路输出电压和输入电压是线性关系：LP521的两路光耦通道的发光二极管串联，通过2个二极管的电流If1=If2。因为两路光耦封装在1个器件中，光电特性基本一致，理想情况下可以认为两路光耦的集电极输出电流相等，即Ice1=Ice2。

根据理想运放的性质，可以得到下面的公式：

Vi=Ice2R1（1）

Vo=Ice1R2（2）

所以Vo=（R2/R1）Vi，输出电压和输入电压成正比，比例系数由R1和R2确定。

光电隔离电路设计方案（五）

一、RS485总线介绍

RS485总线是一种常见的串行总线标准，采用平衡发送与差分接收的方式，因此具有抑制共模干扰的能力。在一些要求通信距离为几十米到上千米的时候，RS485总线是一种应用最为广泛的总线。而且在多节点的工作系统中也有着广泛的应用。

二、RS485总线典型电路介绍

RS485电路总体上可以分为隔离型与非隔离型。隔离型比非隔离型在抗干扰、系统稳定性等方面都有更出色的表现，但有一些场合也可以用非隔离型。我们就先讲一下非隔离型的典型电路，非隔离型的电路非常简单，只需一个RS485芯片直接与MCU的串行通讯口和一个I/O控制口连接就可以。如图1所示：

图1、典型485通信电路图（非隔离型）

当然，上图并不是完整的485通信电路图，我们还需要在A线上加一个4.7K的上拉偏置电阻；在B线上加一个4.7K的下拉偏置电阻。中间的R16是匹配电阻，一般是120Ω，当然这个具体要看你传输用的线缆。（匹配电阻：485整个通讯系统中，为了系统的传输稳定性，我们一般会在第一个节点和最后一个节点加匹配电阻。所以我们一般在设计的时候，会在每个节点都设置一个可跳线的120Ω电阻，至于用还是不用，由现场人员来设定。当然，具体怎么区分第一个节点还是最后一个节点，还得有待现场的专家们来解答呵。）TVS我们一般选用6.8V的，这个我们会在后面进一步的讲解。

光电隔离电路设计方案（六）

光电隔离介绍

光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。

这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。

图1.光电隔离器工作原理

由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。

光耦合器的主要优点

信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。光耦合器是70年代发展起来产新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器（SSR）、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。

光电隔离电路的作用

是在电隔离的情况下，以光为媒介传送信号，对输入和输出电路可以进行隔离，因而能有效地抑制系统噪声，消除接地回路的干扰，有响应速度较快、寿命长、体积小耐冲击等好处，使其在强-弱电接口，特别是在微机系统的前向和后向通道中获得广泛应用。

图2. 光电隔离器应用

电压、电流、温度、压力、应力及流量等测量是工业及过程控制应用中的重要组成部分。此类应用环境常会涉及危险级电压、瞬态信号、共模电压及不稳定地电位，可能会损坏测量系统，降低测量精度。为了克服以上缺陷，工业应用中的测量系统设计会加入电气隔离。本白皮书集中讨论模拟测量中的隔离，解答隔离应用中的常见问题，还将涉及不同隔离方式的技术实现。