隔离采集板的电路设计

概述：
针对电流、电压采集中存在的噪声干扰问题，分析了电流、电压准确采样测量在整个控制系统的重要性。介绍了HCNR201的工作原理，设计了隔离采集 板的硬件电路，通过对其工作电流的特殊设置，实现了模拟电压信号的隔离。实验结果证明该设计正确可用，具有较高的采集精度和线性度，在对稳定度和线性度要 求较高的场合具有广泛的应用前景。

0 引言
在电源系统中，经常需要对电流、电压等信号进行采集和测量；整个系统由于安装比较紧凑，工作容易相互产生电磁干扰，有时候供电系统的不稳 定更是加剧了电磁环境的恶化。在强干扰下进行数据采集，各种强干扰信号会随着被测信号进入到采集和测量系统。一方面这些强干扰信号叠加在有用的被测量信号 上会影响测量精度，另一方面，高电压、大电流的的干扰信号窜入处理器电路(如CPU等)，轻则会造成系统不稳定，重则会造成这些器件损坏。

为了减小环境噪声对采集电路的影响，提高系统稳定性并确保测量结果准确，往往将被测电路和测试电路在电气上进行隔离，可使用霍尔电流、电压传感器来实现对 电流、电压的隔离，但高性能的电流、电压传感器成本高并且体积较大，不易布局。光电耦合器隔离是一种较理想的选择，普通光电耦合器具有非线性电流传输特 性，这对于数字量和开关量的传输不成问题，但是对于模拟量的隔离不能保证传输精度。HCRN201是HP公司生产的一种高线性度的模拟光耦，使用它实现的 光电隔离电路可实现模拟信号的的稳定性、线性度的需要。本文介绍了HCNR201的工作原理，使用该器件设计了针对电流、电压信号隔离电路，讨沦了参数的 选择，并对试验结果进行了分析。

1 线性模拟光耦HCNR201结构及工作原理

图1 HCNR201的内部结构

HCNR201的内部结构如图1所示。包括一只高性能的AlCaAs型LED(图1中的LED)，两只极其相似的光电二极管(图1中的 PD1和PD2)，当LED中流过电流Ip时其所发出的光会在PD1、PD2中感应出正比于LED发光强度的光电流IPD1和IPD2，其中IF、 IPD1和IPD2满足以下关系：
IPD1=K1IF (1)
IPD2=K2IF (2)
K=IPD1／IPD1 (3)
式中K1、K2分别为输入输出光电二极管的电流传输比，其典型值均为0．5％左右。因为IF一般在1～20mA之间，所以IPD1、IPD2一般在 50μA以下；K被定义为传输增益，当一只HCNR201被制造出来时，K就是一个固定的值了，HCNR201的K值约为1±0．05。再加上PD1、 PD2的安装位置的精确性以及元件先进的封装设计保证了HCNR201的高线性和增益的稳定性。
在使用时，可将第3、4引脚输出端与第1、2脚引入端一起接入控制回路，其中第3、4引脚的光电二极管PD1起反馈作用，它可将产生的输出电流反馈到第1、2引脚的发光LED上，以对输入信号进行反馈控制。

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