環(huán)路報(bào)警器的光供電和隔離電路設(shè)計(jì)

低功率、絕緣隔離電源對(duì)于工業(yè)傳感器是很有用的，如用于簡單的環(huán)路報(bào)警器。在50/60Hz變壓器用在功率低到0.25VA時(shí)，在只需要幾毫瓦的情況下這也是多余的。高頻鐵氧體或電容耦合變壓器是可能達(dá)到的，但需要振蕩器驅(qū)動(dòng)。光供電是一種有吸引力的選擇方案。

IR公司的PVI5100 5V 10mA隔離電源剛好是為這種應(yīng)用設(shè)計(jì)的，但若你自己設(shè)計(jì)，可以產(chǎn)生更大的電流。圖1的電路是用3個(gè)硅光電二極管(IR LED)串聯(lián)產(chǎn)生耦合毫安光電流，這對(duì)于長電路環(huán)路(包括隔離返回通路標(biāo)準(zhǔn)光耦合器LED)的健全驅(qū)動(dòng)是足夠的。由5V電源22mA驅(qū)動(dòng)的880nm SFH487 LED與3個(gè)BPW34光電二極管一起產(chǎn)生開路電壓(Voc)1.45V和短路電流(Isc)1.85mA(圖2)。連接到TLP627光偶合器得到大約1.55mA工作環(huán)路電流，這對(duì)于驅(qū)動(dòng)光晶體管(帶10K或1K負(fù)載電阻器)到飽和是足夠的。開路的外部電路從光電晶體管得到5V輸出。電阻器OR不是完全必要的，但有助于穩(wěn)定外部電流隨溫度的變化。2個(gè)光電二極管對(duì)于驅(qū)動(dòng)光耦合器LED所需的端電壓是不夠的。注意，總的光電流等于單個(gè)光電二極管的最小限值，所以力圖平衡發(fā)光功率。

圖1 環(huán)路報(bào)警器的光供電和隔離電路

太陽能電池可用以替代3個(gè)光電二極管，但光電二極管對(duì)于高強(qiáng)寬波段環(huán)境光是最佳的，用IR LED發(fā)光通常運(yùn)行不好。更小的硅光電二極管對(duì)于捕獲大多數(shù)LED光是足夠的并在接近900nm達(dá)到大約0.6mA/mW響應(yīng)度。為使耦合最佳，在線連接500mm內(nèi)去掉LED透鏡。無透鏡類型(如LD242系列)能避免精加工。若需要高電壓隔離，則讓透鏡放著，保持“蠕變”距離并改進(jìn)與玻璃管波導(dǎo)的耦合。

圖2 光電二極管電流與電壓關(guān)系

可用單對(duì)可見波長LED替代3個(gè)GaAs LED和硅光電二極管鏈，其中1個(gè)用做光源、另1個(gè)用做檢測器?？梢姽釲ED做為檢測器的好處是它有相當(dāng)高的開路光壓。紅光和綠光LED可分別產(chǎn)生大于1V和2V光壓。用一對(duì)面對(duì)面的660nm LED可得到1.4V Voc，這對(duì)于驅(qū)動(dòng)1個(gè)GaAs光耦合器LED是足夠的，但I(xiàn)sc只有30mA。然而，在1MΩ負(fù)載上得到幾微安是足夠的，這如同采用PVI5100。光源調(diào)制和適合的互阻抗電路放在光耦合器后面可使其更加健全。