专利名称：一种光电隔离线性变换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可线性传送模拟信号的光电隔离线性变换器。
技术背景为了提高单片机控制系统的可靠性，减少外部干扰对单片机的影响，数字系统一 般都采用光电隔离的方法对外部系统进行隔离。对于开关量进行隔离一般都采用光耦隔 离。而模拟量的输入、输出若采用线性光耦，或专用隔离集成电路，将大幅提高产品的成本， 专用集成电路同时将增加电路的复杂程度，从而对产品的销售造成不利的影响。
发明内容本实用新型的目的就是提出一种光电隔离线性变换器，能线性传送模拟信号，且 电路简单，成本低，调试方便。为实现上述目的，本实用新型一种光电隔离线性变换器，包括双光耦电路，包含两个参数相同的光耦A、B，输入电压Ui经电阻Rl施加在光耦A 的光电二极管两端，电阻R连接在光耦B的光电二极管正极与地线之间，光耦A、B的光电三 极管发射极分别经阻值相同的电阻R3、R4连接地线，光耦A、B的光电三极管集电极均连接 电源VCC ；积分电路，包含一个运算放大器IC2，电容C2跨接在运算放大器IC2的负输入端和 输出端之间，运算放大器IC2的负输入端连接光耦A的光电三极管发射极，正输入端连接光 耦B的光电三极管发射极，输出端连接光耦B的光电二极管负极；加法电路，包含一个运算放大器IC3，电阻R5和可调电阻VR2串联，连接在电源 VCC和地线之间，电阻R5和可调电阻VR2的连接点经电阻R6连接运算放大器IC3的负输入 端，运算放大器IC2的输出端经电阻R7也连接运算放大器IC3的负输入端，运算放大器IC3 的正输入端经电阻R8连接地线，电阻R9跨接在运算放大器IC3的负输入端和输出端之间， 运算放大器IC3的输出端输出电压U3。在一种优选实施方式中，上述加法电路的电阻R6、R7、R9阻值相同，电阻R8阻值为 电阻R6、R7、R9阻值的并联值。电阻R8的阻值也可以为零，此时，运算放大器IC3的正输入端直接连接地线。本实用新型输入电压Ui经光耦隔离再经运算放大器IC2，IC3后，输出电压U3，通 过调节可调电阻VR2，可使输出电压U3和输入电压Ui呈线性比例关系，比例值只和电阻值 有关，故本实用新型实现电隔离的同时，又可线性传送模拟信号。
图1为本实用新型实施例的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。如图1所示，本实用新型实施例包括双光耦电路、积分电路和加法电路。双光耦电路，包含两个光耦A、B, ICl为光耦芯片，型号为PC817-2，两个光耦A、B 封装在同一芯片ICl上，可认为此两光耦A、B的参数是相同的，即两个光耦A、B的电流转换 系数K是相同的，电流转换系数K =光电三极管发射极电流Ie/光电二极管电流ID，光耦A 的电流转换系数Kl =光耦B的电流转换系数K2。输入电压Ui经电阻Rl施加在光耦A的光电二极管两端ICl的1、2脚，Cl为滤波 电容，并联在光耦A的光电二极管两端ICl的1、2脚。电阻R为电阻R2和可调电阻VRl串 联而成，连接在光耦B的光电二极管正极ICl的3脚与地线之间，光耦A、B的光电三极管发 射极ICl的7、5脚分别经阻值相同的电阻R3、R4连接地线，光耦A、B的光电三极管集电极 ICl的8、6脚均连接电源VCC。积分电路，包含一个运算放大器IC2，电容C2跨接在运算放大器IC2的负输入端 IC2的2脚和输出端IC2的1脚之间，运算放大器IC2的负输入端IC2的2脚连接光耦A的 光电三极管发射极ICl的7脚，正输入端IC2的3脚连接光耦B的光电三极管发射极ICl 的5脚，运算放大器IC2的负输入端IC2的2脚和正输入端IC2的3脚之间连接反向并联 的二极管D1、D2，二极管D1、D2用作钳位器件，电路工作时将运算放大器IC2的2、3脚之间 的电压钳位在0. 6V之内，对运算放大器IC2起到保护作用。运算放大器IC2的输出端IC2 的1脚连接光耦B的光电二极管负极ICl的4脚。加法电路，包含一个运算放大器IC3，电阻R5和可调电阻VR2串联，连接在电源 VCC和地线之间，电阻R5和可调电阻VR2的连接点b经电阻R6连接运算放大器IC3的负输 入端IC3的2脚，运算放大器IC2的输出端IC2的1脚经电阻R7也连接运算放大器IC3的 负输入端IC3的2脚，运算放大器IC3的正输入端IC3的3脚经电阻R8连接地线，电阻R9 跨接在运算放大器IC3的负输入端IC3的2脚和输出端IC3的1脚之间，运算放大器IC3 的输出端IC3的1脚输出电压U3。电路中，电阻R6、R7、R9阻值相同，电阻R8的阻值为电 阻R6、R7、R9阻值的并联值，电阻R8的阻值也可以为零，此时，运算放大器IC3的正输入端 IC3的3脚直接连接地线。在图1中，输入电压Ui经光耦隔离再经IC2，IC3运算放大器后，输出U3，且U3 = Ui*(R2+VRl)/Rl。具体工作原理如下当电路输入端加上电压Ui后，光耦A流过电流Idi，Idi = (Ui-Um)/Rl------------------------------------(1)；同时与之对应的光耦三极管由截止变为导通，其导通电流Iei = ID1*K1-----------------------------------------(2)；同时在R3上产生压降UK3(UK3彡0)，此时Uk4为零，因此有电流通过电容C2，由IC2 的2脚流向IC2的1脚。从而IC2的输出端产生一个负电压U2。由于此负压的出现在光耦 B的光电二极管中流过电流ID2，Id2 = (-UD2-U2)/(VR1+R2) -----------------------------(3)与之对应的光电三极管中产生电流IE2，IE2 = K2*ID2-----------------------------------------(4)；[0027] 所以Uk4 = R4*K2*ID2。由于IC2与C2组成积分电路，IC2输出端最终将稳定在一 个值U2，根据积分电路的工作原理可知，当U2稳定后，流过C2的电流为0，也就是此时Uk3
—Ur4。Uk3 = R3*K1*ID1--------------------------------------(5)；Ue4 = R4*K2*ID2--------------------------------------(6)；由 Ue3 = Uk4，可得 R3*K1*ID1 = R4*K2*ID2由于在本电路中，R3 = R4，Kl = K2，因此可以推出Idi = Id2--------------------------------------------(7)；由等式(1)、(3)、(7)，可得(Ui-Um)/Rl = (-U2-UD2)/(VR1+R2) ---------------------(8)即Ui/Rl-Um/Rl = -UD2/(VR1+R2)-U2/(VR1+R2) -------------(9)可推算出U2 = - (VR1+R2) * (Ui/R1_UD1/Rl+UD2/ (VR1+R2))=-(VRl+R2)*Ui/Rl+(VRl+R2)*UD1/Rl_UD2-------------(10)由于Udi = Ud2，所以U2 =-(VRl+R2)*Ui/Rl+(R2+VRl-Rl)*UD1/Rl--------------(11)在电路中R6 = R7 = R9，设b点的电压为Ub，则U3 = - (Ub/R6+U2/R7) xR9= -Ub-U2----------------------------------------(12)由等式(11)、(12)得U3 = (VRl+R2)*Ui/Rl-(R2+VRl-Rl)*UD1/Rl-Ub------------(13)调整电路中的VR2就可改变Ub的大小。在电路中我们使Ub= (R1-R2-VR1)*UD1/R1------------------------------(14)由等式(13)、(14)则可推出U3 = (VRl+R2)*Ui/Rl = K3*Ui---------------------------(15)其中K3= (VR1+R2)/R1---------------------------------(16)因此上述电路可线性传送模拟信号，在电路中IC2及其后端电路与输入电路Rl、 Cl之间没有电的联系，因此电路通过ICl实现了电的隔离。之所以选用可调电阻VR1，是为了便于得到不同的比例系数K3，以适应不同电路
的需要。
权利要求一种光电隔离线性变换器，其特征在于包括双光耦电路，包含两个参数相同的光耦A、B，输入电压Ui经电阻R1施加在光耦A的光电二极管两端(IC1的1、2)，电阻R连接在光耦B的光电二极管正极(IC1的3)与地线之间，光耦A、B的光电三极管发射极(IC1的7、5)分别经阻值相同的电阻R3、R4连接地线，光耦A、B的光电三极管集电极(IC1的8、6)均连接电源VCC；积分电路，包含一个运算放大器IC2，电容C2跨接在运算放大器IC2的负输入端(IC2的2)和输出端(IC2的1)之间，运算放大器IC2的负输入端(IC2的2)连接光耦A的光电三极管发射极(IC1的7)，正输入端(IC2的3)连接光耦B的光电三极管发射极(IC1的5)，输出端(IC2的1)连接光耦B的光电二极管负极(IC1的4)；加法电路，包含一个运算放大器IC3，电阻R5和可调电阻VR2串联，连接在电源VCC和地线之间，电阻R5和可调电阻VR2的连接点(b)经电阻R6连接运算放大器IC3的负输入端(IC3的2)，运算放大器IC2的输出端(IC2的1)经电阻R7也连接运算放大器IC3的负输入端(IC3的2)，运算放大器IC3的正输入端(IC3的3)经电阻R8连接地线，电阻R9跨接在运算放大器IC3的负输入端(IC3的2)和输出端(IC3的1)之间，运算放大器IC3的输出端(IC3的1)输出电压U3。
2.根据权利要求1所述的光电隔离线性变换器，其特征在于所述电阻R6、R7、R9的阻 值相同。
3.根据权利要求1或2所述的光电隔离线性变换器，其特征在于所述电阻R8的阻值 为电阻R6、R7、R9阻值的并联值。
4.根据权利要求1或2所述的光电隔离线性变换器，其特征在于所述电阻R8的阻值为零。
5.根据权利要求1所述的光电隔离线性变换器，其特征在于所述电阻R为电阻R2和 可调电阻VRl串联而成。
6.根据权利要求1所述的光电隔离线性变换器，其特征在于所述光耦A的光电二极 管两端(ICl的1、2)并联一个滤波电容Cl。
7.根据权利要求1所述的光电隔离线性变换器，其特征在于所述运算放大器IC2的 负输入端(IC2的2)和正输入端(IC2的3)之间连接反向并联的二极管D1、D2。
8.根据权利要求1所述的光电隔离线性变换器，其特征在于所述光耦A、B封装在同 一光耦芯片ICl上。
9.根据权利要求8所述的光电隔离线性变换器，其特征在于所述光耦芯片ICl的型 号为 PC817-2。
专利摘要一种光电隔离线性变换器，包括双光耦电路、积分电路和加法电路。输入电压Ui经光耦隔离再经积分电路和加法电路后，输出电压U3，通过调节加法电路的可调电阻VR2，可使输出电压U3和输入电压Ui呈线性比例关系，比例值只和电阻值有关，故本实用新型实现电隔离的同时，又可线性传送模拟信号，且电路简单，成本低，调试方便。
文档编号G08C19/00GK201654996SQ201020026419
公开日2010年11月24日 申请日期2010年1月8日 优先权日2010年1月8日
发明者余志勇, 刘建国, 刘文辉, 吴青, 段鑫, 魏维 申请人:广州中浩控制技术有限公司