《電子技術(shù)應(yīng)用》
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新型光耦合集成隔離放大器3650和3652
摘要: 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)點在于其尺寸小、價格低、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)。
關(guān)鍵詞: 放大器 光耦合 隔離
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Key words :

        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)點在于其尺寸小、價格低、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的偏移調(diào)節(jié)和偏壓等問題。

3650的線性耦合器的等效電路

        為了減小非線性和時間溫度的不穩(wěn)定性,3650采用了兩個光電二極管,其中一個用于輸入(CR3),另一個用于輸出(CR2)。放大器A1、LED、CR1和光電二極管CR3構(gòu)成負反饋。因為CR2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是一個跨導放大器,其增益為伏特/微安。當用作電壓源時,輸入電流由增益設(shè)置電阻決定。RIN是差動輸入阻抗。對于這個模型,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。

3650模塊簡化模型

 

       3652的簡化模型如圖3所示。它的隔離級和輸出級與3650完全相同。而由FET緩沖放大器和輸入保護電阻組成的附加輸入電路則提高了3652的差動和共模輸入阻抗(1011Ω),同時也保證了更低的偏置電流(50pA)和過壓保護功能。+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。

3652模塊簡化模型

       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,而這樣放置可能會降低隔離阻抗和整個電路的隔離抑制比。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不用時可懸空。如果放大器工作在一個固定的增益,則可用一個電位器對其進行調(diào)零,低增益時可使用10kΩ電位器;高增益應(yīng)用時,推薦使用50kΩ電位器。

       當輸入、輸出級都需要調(diào)零時,可以把所選擇的輸入信號管腳連接到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)計時建議采取下面幾點措施:

       (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)可用于測量電機的電樞電流和電樞電壓。它通過校準電阻Rs將電機的電樞電流轉(zhuǎn)換為電樞電壓,然后再通過3650進行隔離和放大。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。

隔離電樞電流和電樞電壓檢測電路

       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)成的對患者監(jiān)視的應(yīng)用電路。實際上這是一個真正的平衡輸入儀表放大器,該電路具有很高的差動和共模輸入阻抗,可以大大降低共模噪音。由于以往的儀器在對病人 的監(jiān)護中常常存在導聯(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輸入電壓,這些電壓都相對于輸入的公共端。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。因為每個器件在工廠的測試電壓為5000Vpp。

用3652對患者進行監(jiān)護的應(yīng)用

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

具有電壓反饋的3相雙向SCR控制電路

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