新型光耦合集成隔離放大器3650和3652

1 概述

3650和3652是B-B公司生產(chǎn)的新型光耦合集成隔離放大器，性能優(yōu)于已有的采用變壓器耦合和調(diào)制解調(diào)技術(shù)做成的隔離放大器模塊。

與以往的隔離放大器相比，3650和3652的優(yōu)點(diǎn)在于其尺寸小、價(jià)格低、具有較寬的帶寬且性能可靠。由于它們采用了直流模擬調(diào)制技術(shù)，而不是載波技術(shù)，從而避免了大多數(shù)隔離放大器模塊所存在的電磁干擾問題(包括傳送和接收)。

2 作原理

在3650系列出現(xiàn)以前，光隔離產(chǎn)品一般不用在線性電路中，而只是將LED和光敏二極管構(gòu)成的光電耦合器應(yīng)用在數(shù)字信號(hào)隔離中，這種結(jié)構(gòu)由于其基本原理的局限性，存在一定的非線性和不穩(wěn)定性。

而3650和3652利用特有技術(shù)克服了單一LED和光電二極管形成隔離時(shí)的局限性。圖1是3650的基本等效電路，可用于了解基本工作原理，不用具體考慮雙極性工作時(shí)的偏移調(diào)節(jié)和偏壓等問題。

為了減小非線性和時(shí)間溫度的不穩(wěn)定性，3650采用了兩個(gè)光電二極管，其中一個(gè)用于輸入(CR3)，另一個(gè)用于輸出(CR2)。放大器A1、LED、CR1和光電二極管CR3構(gòu)成負(fù)反饋。因?yàn)镃R2和CR3性能匹配，它們從LED CRl(即λ1=λ2)接收的光量相等，因而有I2=1I=IIN，而放大器A2則用來構(gòu)成電流和電壓轉(zhuǎn)換電路。

圖2是3650模塊的簡化電路系統(tǒng)模型。它的輸出取決于VD電流的大小，而VD。的值又取決于輸入電流。因而，3650是一個(gè)跨導(dǎo)放大器，其增益為伏特／微安。當(dāng)用作電壓源時(shí)，輸入電流由增益設(shè)置電阻決定。RIN是差動(dòng)輸入阻抗。對(duì)于這個(gè)模型，由于其共模阻抗和隔離阻抗都非常高，因此，其輸入阻抗可以看作是無限大。

3652的簡化模型如圖3所示。它的隔離級(jí)和輸出級(jí)與3650完全相同。而由FET緩沖放大器和輸入保護(hù)電阻組成的附加輸入電路則提高了3652的差動(dòng)和共模輸入阻抗(1011Ω)，同時(shí)也保證了更低的偏置電流(50pA)和過壓保護(hù)功能。+IR和-IR輸入端可承受6000V差模和3000V共模的loms脈沖電壓。緩沖放大器的電壓增益由RG1和RG2確定。

3 應(yīng)用說明

3.1 電源

由于為3650和3652隔離放大器提供電源的DC／DC隔離電源一般都與放大器的隔離屏障并行放置，而這樣放置可能會(huì)降低隔離阻抗和整個(gè)電路的隔離抑制比。因此，應(yīng)該使用高質(zhì)量、低泄漏的DC／DC轉(zhuǎn)換器。推薦使用Burr-Brown公司生產(chǎn)的722型DC／DC模塊。

3.2 失調(diào)電壓的調(diào)節(jié)

3650和3652的調(diào)零端BAL不用時(shí)可懸空。如果放大器工作在一個(gè)固定的增益，則可用一個(gè)電位器對(duì)其進(jìn)行調(diào)零，低增益時(shí)可使用10kΩ電位器；高增益應(yīng)用時(shí)，推薦使用50kΩ電位器。

當(dāng)輸入、輸出級(jí)都需要調(diào)零時(shí)，可以把所選擇的輸入信號(hào)管腳連接到COMMON(公共)端，然后將放大器設(shè)置在最大增益，用50KΩ電位器把輸入級(jí)的失調(diào)調(diào)整到零，接著再把放大器的增益設(shè)置為最小，并用10kΩ電位器把輸出偏移再調(diào)整到零即可。

3.3 防護(hù)措施

為了充分發(fā)揮3650和3652放大器優(yōu)異的隔離特性，設(shè)計(jì)時(shí)建議采取下面幾點(diǎn)措施：

(1)輸入應(yīng)采用帶屏蔽的雙絞線電纜。

(2)盡量減小外部電容。對(duì)稱的排列外部元件可以使從輸人端到輸出公共端的電容匹配，從而取得高的IMR。

(3)電路的外部元件及其引線均應(yīng)與輸出端有足夠的距離，以防止高壓擊穿。

(4)如有必要，可采用有保護(hù)層的印刷電路板。

4 應(yīng)用舉例

圖4所示是由3650構(gòu)成的隔離放大器系統(tǒng)的電路圖，該系統(tǒng)可用于測量電機(jī)的電樞電流和電樞電壓。它通過校準(zhǔn)電阻Rs將電機(jī)的電樞電流轉(zhuǎn)換為電樞電壓，然后再通過3650進(jìn)行隔離和放大。而電樞電壓則經(jīng)分壓器(可調(diào)整增益)輸出，然后再由3650隔離和放大。

在出現(xiàn)高共模電壓情況下，通過3650可提供精確的電流檢測。

圖5是用3652構(gòu)成的對(duì)患者監(jiān)視的應(yīng)用電路。實(shí)際上這是一個(gè)真正的平衡輸入儀表放大器，該電路具有很高的差動(dòng)和共模輸入阻抗，可以大大降低共模噪音。由于以往的儀器在對(duì)病人 的監(jiān)護(hù)中常常存在導(dǎo)聯(lián)阻抗不均衡等問題，因此，用圖5所示電路可取得良好的效果。該電路輸入端可承受10ms的3kV和6kV共模輸入電壓和差動(dòng)輸入電壓，這些電壓都相對(duì)于輸入的公共端。該隔離屏障的額定隔離耐壓為2000Vpp(持續(xù))，脈沖額定隔離耐壓為5000Vpp。因?yàn)槊總€(gè)器件在工廠的測試電壓為5000Vpp。

圖6給出了一個(gè)3650隔離放大器在SCR控制中的應(yīng)用電器，利用該電路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)3相雙向SCR繼電器的開關(guān)控制，從而達(dá)到對(duì)電機(jī)等被控設(shè)備的隔離控制。