本實(shí)用新型涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是涉及一種自制的超高隔離電壓線性光耦。

背景技術(shù)：

線性光耦是一種用于模擬信號(hào)隔離傳輸?shù)钠骷?。光耦其真正隔離的是電流，使得輸入輸出隔離開(kāi)來(lái)，因此，光耦能夠保護(hù)被測(cè)對(duì)象和測(cè)試電路，并減小環(huán)境干擾對(duì)測(cè)試電路的影響。線性光耦的隔離原理與普通光耦沒(méi)有差別，只是將普通光耦的單發(fā)單收模式稍加改變，增加一個(gè)用于反饋的光接受電路用于反饋。這樣，雖然兩個(gè)光接受電路都是非線性的，但兩個(gè)光接受電路的非線性特性都是一樣的。這樣，就可以通過(guò)反饋通路的非線性來(lái)抵消直通通路的非線性，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)線性隔離的目的。

而線性顧名思義：輸入與輸出呈現(xiàn)線性變化，所以線性度好的光耦方便了對(duì)輸入側(cè)信號(hào)的采集與顯示，而無(wú)需額外的信號(hào)變換與處理。

如果對(duì)被測(cè)試量的量程變化范圍要求較大、精度要求較高時(shí)，使用反饋型線性光耦器件無(wú)疑是比較合適的。但是，在光耦的線性化使用或者說(shuō)在使用線性光耦器件的過(guò)程中，其線性度往往并不能完全令人滿意。而耐壓對(duì)集成IC而言就要受到一些制約，這一約束在用到高壓檢測(cè)環(huán)節(jié)中就顯得不那么可靠。例如現(xiàn)有技術(shù)中的兩款線性光耦的器件，分別是HCNR200和EL817，這兩種芯片給出的輸入輸出的隔離電壓分別為1414Vrms和5000Vrms。但是當(dāng)需要檢測(cè)的高壓端為10KV，并帶有大容量存儲(chǔ)性負(fù)載，如電容。這時(shí)候就需要考慮，若高壓端分壓環(huán)節(jié)因絕緣處理不好被擊穿，則CU2/2全部能量發(fā)生倒灌，則線性光耦就會(huì)被擊穿，存在嚴(yán)重的安全隱患。

在許多需要大絕緣耐壓的場(chǎng)合，比如供電線路必須在耐壓試驗(yàn)過(guò)關(guān)之后才能正常供電，而傳統(tǒng)的試驗(yàn)變壓器極其笨重，操作相對(duì)復(fù)雜，逐漸被便攜式電子設(shè)備所替代。

基于此，提供一種自制的線性光耦，同時(shí)能具備線性光耦的線性穩(wěn)定度和超高隔離電壓(如50KV)就顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能具備線性光耦的線性穩(wěn)定度和超高隔離電壓的隔離電壓線性光耦。

本申請(qǐng)?jiān)谥绷鞲邏喊l(fā)生器高壓檢測(cè)環(huán)節(jié)，高隔離耐壓線性光耦用來(lái)隔離控制和顯示高壓端的實(shí)際值。

本申請(qǐng)的高壓端通過(guò)接1G歐姆的電阻與167K歐姆的電阻進(jìn)行分壓，在 167K電阻上面取電壓，這樣高壓端0～30KV的高壓端就可以變?yōu)?～5V的變化范圍。然后接隔離耐壓50KV的線性光耦，通過(guò)隔離取樣電壓用來(lái)給表頭顯示并且通過(guò)比較控制驅(qū)動(dòng)模塊是否產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖維持高壓。整個(gè)系統(tǒng)中線性光耦至關(guān)重要。初級(jí)輸入環(huán)節(jié)(驅(qū)動(dòng)二極管發(fā)光)利用運(yùn)放做負(fù)反饋，理想狀態(tài)運(yùn)放輸入阻抗非常高，所以初級(jí)線性度得到了良好的保障。此時(shí)，次級(jí)接收環(huán)節(jié)使用的光敏光敏三極管3DU33，集電極接電源，發(fā)射極接電位器，調(diào)節(jié)電位器阻值產(chǎn)生與初級(jí)相同電壓。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種隔離電壓線性光耦，包括第二瞬態(tài)電壓抑制器、分壓電阻、第一濾波電容、第一電阻、第二濾波電容、負(fù)載電阻、第四瞬態(tài)電壓抑制器、運(yùn)算放大器、第三二極管、第三電容、第二電阻、第一二極管、光敏三極管和第五電阻，其中，

所述第二瞬態(tài)電壓抑制器，分別與所述分壓電阻、第一濾波電容和第一電阻相耦接；

所述分壓電阻，分別與所述第二瞬態(tài)電壓抑制器、第一濾波電容和第一電阻相耦接；

所述第一濾波電容，分別與所述第二瞬態(tài)電壓抑制器、分壓電阻和第一電阻相耦接；

所述第一電阻，分別與所述第二瞬態(tài)電壓抑制器、分壓電阻、第一濾波電容和運(yùn)算放大器相耦接；

所述運(yùn)算放大器，分別與所述第一電阻、第三電容、第一二極管、第五電阻、第二電阻、第三二極管、第二濾波電容、負(fù)載電阻和第四瞬態(tài)電壓抑制器相耦接；

所述第三電容，分別與所述運(yùn)算放大器、第一二極管和第五電阻相耦接；

所述第三二極管，分別與所述運(yùn)算放大器、第二濾波電容、負(fù)載電阻和第四瞬態(tài)電壓抑制器相耦接；

所述第二濾波電容，分別與所述運(yùn)算放大器、第三二極管、負(fù)載電阻和第四瞬態(tài)電壓抑制器相耦接；

所述負(fù)載電阻，分別與所述第二濾波電容、第四瞬態(tài)電壓抑制器、運(yùn)算放大器和第三二極管相耦接；

所述第四瞬態(tài)電壓抑制器，分別與所述第二濾波電容、負(fù)載電阻、運(yùn)算放大器和第三二極管相耦接；

所述第二電阻，分別與所述運(yùn)算放大器、第三電容和第一二極管相耦接；

所述第一二極管，分別與所述光敏三極管、第二電阻、第五電阻、第三電容和運(yùn)算放大器相耦接；

所述第五電阻，分別與所述第一二極管、第三電容和運(yùn)算放大器相耦接；

所述光敏三極管，與所述第一二極管相耦接。

優(yōu)選地，所述第二瞬態(tài)電壓抑制器、分壓電阻和第一濾波電容連接一點(diǎn)并接地。

優(yōu)選地，所述第二濾波電容、負(fù)載電阻和第四瞬態(tài)電壓抑制器連接一點(diǎn)并接地。

優(yōu)選地，所述運(yùn)算放大器的同相輸入端與所述第一電阻相耦接，所述運(yùn)算放大器的反相輸入端分別與所述第三電容、第一二極管和第五電阻相耦接，所述運(yùn)算放大器的輸出端分別與所述第三電容和第二電阻相耦接。

優(yōu)選地，所述運(yùn)算放大器接地。

優(yōu)選地，所述第五電阻接地。

優(yōu)選地，所述光敏三極管的集電極接12V電源，發(fā)射極接輸出。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所述的超高壓隔離電壓線性光耦，達(dá)到了如下效果：

本申請(qǐng)的優(yōu)勢(shì)在于高絕緣度，利用此模塊進(jìn)行高壓檢測(cè)和顯示時(shí)非常安全。通常使用高壓設(shè)備時(shí)存在安全隱患，在研發(fā)高壓設(shè)備時(shí)需要綜合考慮，安全第一，而本申請(qǐng)的超高壓隔離電壓線性光耦是絕對(duì)安全的。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為實(shí)施例1中超高壓隔離電壓線性光耦；

圖2為PCB制板形狀；

圖3a－圖3b為發(fā)光二極管光電參數(shù)；

其中，第二瞬態(tài)電壓抑制器-D2、分壓電阻-R3、第一濾波電容-C1、第一電阻-R1、第二濾波電容-C2、負(fù)載電阻-R4、第四瞬態(tài)電壓抑制器-D4、運(yùn)算放大器-U1A、第三二極管-D3、第三電容-C3、第二電阻-R2、第一二極管 -D1、光敏三極管-Q1和第五電阻-R5。

具體實(shí)施方式

如在說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)指稱特定組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會(huì)用不同名詞來(lái)稱呼同一個(gè)組件。本說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求并不以名稱的差異來(lái)作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來(lái)作為區(qū)分的準(zhǔn)則。如在通篇說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的“包含”為一開(kāi)放式用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成“包含但不限定于”?！按笾隆笔侵冈诳山邮盏恼`差范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在一定誤差范圍內(nèi)解決所述技術(shù)問(wèn)題，基本達(dá)到所述技術(shù)效果。此外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電性耦接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表所述第一裝置可直接電性耦接于所述第二裝置，或通過(guò)其他裝置或耦接手段間接地電性耦接至所述第二裝置。說(shuō)明書(shū)后續(xù)描述為實(shí)施本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式，然所述描述乃以說(shuō)明本實(shí)用新型的一般原則為目的，并非用以限定本實(shí)用新型的范圍。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。

實(shí)施例1：

結(jié)合圖1，本實(shí)施例提供了一種隔離電壓線性光耦，包括第二瞬態(tài)電壓抑制器D2、分壓電阻R3、第一濾波電容C1、第一電阻R1、第二濾波電容C2、負(fù)載電阻R4、第四瞬態(tài)電壓抑制器D4、運(yùn)算放大器U1A、第三二極管D3、第三電容C3、第二電阻R2、第一二極管D1、光敏三極管Q1和第五電阻R5。

所述第二瞬態(tài)電壓抑制器D2，分別與所述分壓電阻R3、第一濾波電容 C1和第一電阻R1相耦接；

所述分壓電阻R3，分別與所述第二瞬態(tài)電壓抑制器D2、第一濾波電容 C1和第一電阻R1相耦接；

所述第一濾波電容C1，分別與所述第二瞬態(tài)電壓抑制器D2、分壓電阻 R3和第一電阻R1相耦接；

所述第一電阻R1，分別與所述第二瞬態(tài)電壓抑制器D2、分壓電阻R3、第一濾波電容C1和運(yùn)算放大器U1A相耦接；

所述運(yùn)算放大器U1A，分別與所述第一電阻R1、第三電容C3、第一二極管D1、第五電阻R5、第二電阻R2、第三二極管D3、第二濾波電容C2、負(fù)載電阻R4和第四瞬態(tài)電壓抑制器D4相耦接；

所述第三電容C3，分別與所述運(yùn)算放大器U1A、第一二極管D1和第五電阻R5相耦接；

所述第三二極管D3，分別與所述運(yùn)算放大器U1A、第二濾波電容C2、負(fù)載電阻R4和第四瞬態(tài)電壓抑制器D4相耦接；

所述第二濾波電容C2，分別與所述運(yùn)算放大器U1A、第三二極管D3、負(fù)載電阻R4和第四瞬態(tài)電壓抑制器D4相耦接；

所述負(fù)載電阻R4，分別與所述第二濾波電容C2、第四瞬態(tài)電壓抑制器 D4、運(yùn)算放大器U1A和第三二極管D3相耦接；

所述第四瞬態(tài)電壓抑制器D4，分別與所述第二濾波電容C2、負(fù)載電阻 R4、運(yùn)算放大器U1A和第三二極管D3相耦接；

所述第二電阻R2，分別與所述運(yùn)算放大器U1A、第三電容C3和第一二極管D1相耦接；

所述第一二極管D1，分別與所述光敏三極管Q1、第二電阻R2、第五電阻R5、第三電容C3和運(yùn)算放大器U1A相耦接；

所述第五電阻R5，分別與所述第一二極管D1、第三電容C3和運(yùn)算放大器U1A相耦接；

所述光敏三極管Q1，與所述第一二極管D1相耦接。

實(shí)施例2：

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上本實(shí)施例提供了一種隔離電壓線性光耦，包括第二瞬態(tài)電壓抑制器D2、分壓電阻R3、第一濾波電容C1、第一電阻R1、第二濾波電容C2、負(fù)載電阻R4、第四瞬態(tài)電壓抑制器D4、運(yùn)算放大器U1A、第三二極管D3、第三電容C3、第二電阻R2、第一二極管D1、光敏三極管Q1和第五電阻R5。

所述第二瞬態(tài)電壓抑制器D2，分別與所述分壓電阻R3、第一濾波電容 C1和第一電阻R1相耦接；

所述分壓電阻R3，分別與所述第二瞬態(tài)電壓抑制器D2、第一濾波電容 C1和第一電阻R1相耦接；

所述第一濾波電容C1，分別與所述第二瞬態(tài)電壓抑制器D2、分壓電阻 R3和第一電阻R1相耦接；

所述第一電阻R1，分別與所述第二瞬態(tài)電壓抑制器D2、分壓電阻R3、第一濾波電容C1和運(yùn)算放大器U1A相耦接；

所述運(yùn)算放大器U1A，分別與所述第一電阻R1、第三電容C3、第一二極管D1、第五電阻R5、第二電阻R2、第三二極管D3、第二濾波電容C2、負(fù)載電阻R4和第四瞬態(tài)電壓抑制器D4相耦接；

所述第三電容C3，分別與所述運(yùn)算放大器U1A、第一二極管D1和第五電阻R5相耦接；

所述第三二極管D3，分別與所述運(yùn)算放大器U1A、第二濾波電容C2、負(fù)載電阻R4和第四瞬態(tài)電壓抑制器D4相耦接；

所述第二濾波電容C2，分別與所述運(yùn)算放大器U1A、第三二極管D3、負(fù)載電阻R4和第四瞬態(tài)電壓抑制器D4相耦接；

所述負(fù)載電阻R4，分別與所述第二濾波電容C2、第四瞬態(tài)電壓抑制器 D4、運(yùn)算放大器U1A和第三二極管D3相耦接；

所述第四瞬態(tài)電壓抑制器D4，分別與所述第二濾波電容C2、負(fù)載電阻 R4、運(yùn)算放大器U1A和第三二極管D3相耦接；

所述第二電阻R2，分別與所述運(yùn)算放大器U1A、第三電容C3和第一二極管D1相耦接；

所述第一二極管D1，分別與所述光敏三極管Q1、第二電阻R2、第五電阻R5、第三電容C3和運(yùn)算放大器U1A相耦接；

所述第五電阻R5，分別與所述第一二極管D1、第三電容C3和運(yùn)算放大器U1A相耦接；

所述光敏三極管Q1，與所述第一二極管D1相耦接。

所述第二瞬態(tài)電壓抑制器D2、分壓電阻R3和第一濾波電容C1連接一點(diǎn)并接地。

所述第二濾波電容C2、負(fù)載電阻R4和第四瞬態(tài)電壓抑制器D4連接一點(diǎn)并接地。

所述運(yùn)算放大器U1A的同相輸入端與所述第一電阻R1相耦接，所述運(yùn)算放大器U1A的反相輸入端分別與所述第三電容C3、第一二極管D1和第五電阻 R5相耦接，所述運(yùn)算放大器U1A的輸出端分別與所述第三電容C3和第二電阻 R2相耦接。

所述運(yùn)算放大器U1A接地。

所述第五電阻R5接地。

所述光敏三極管Q1的集電極接12V電源，發(fā)射極接輸出。

實(shí)施例3：

在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例為應(yīng)用實(shí)施例：

如圖1所示，R3為低端分壓電阻R3，輸入信號(hào)在同相輸入端輸入，發(fā)光二極管和反饋電阻串聯(lián)。光敏三極管Q1作為接收器件，光照強(qiáng)度越高，基極電流IB越大，發(fā)射極電流IC越大，流過(guò)OUT端將發(fā)射極電流引入電位器產(chǎn)生電壓信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)“校準(zhǔn)”輸出，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)采集信號(hào)從隔離兩側(cè)的傳輸。同時(shí)在設(shè)計(jì)PCB時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)光二極管和光敏三極管Q1的距離來(lái)控制隔離電壓的等級(jí)，一般條件下，空氣的絕緣電阻為3KV/mm。根據(jù)高壓端的最高電壓以及余量來(lái)綜合考慮發(fā)光二極管和光敏三極管Q1的距離。在PCB焊接時(shí)發(fā)光二極管的頂端要與光敏三極管Q1的基極保持水平對(duì)正。PCB焊接調(diào)試完畢之后，除了光傳輸通道外，整體需要進(jìn)行灌封處理，以增加絕緣強(qiáng)度。

圖1為該申請(qǐng)的結(jié)構(gòu)原理圖，圖2為PCB制板形狀，中間部分為挖空，挖空部分左邊緣焊接發(fā)光二極管，右邊緣焊接光敏三極管Q1，然后引出紅黑兩條線，紅色接12V，黑色為信號(hào)輸出線用來(lái)控制驅(qū)動(dòng)模塊。左邊空白部分?jǐn)[放元器件，以及PCB走線。各元器件之間的連接關(guān)系如圖1連線所示，交叉連線如果有連接點(diǎn)表示接通，否則表示沒(méi)有電氣連接。D2為瞬態(tài)電壓抑制器，當(dāng)分壓電壓超過(guò)6.8V時(shí)導(dǎo)通；R3為分壓電阻R3，根據(jù)分壓變比取值；C1為濾波電容，使得輸入到運(yùn)放的采樣信號(hào)更加穩(wěn)定且無(wú)交流成分，U1A為運(yùn)算放大器U1ALM358，較為常用且可單電源供電；C2濾波為運(yùn)放供電電源提高穩(wěn)定度；R4用來(lái)做假負(fù)載也能提高輸出穩(wěn)定性并且斷電后給電容C2放電；D4 同樣為TVS，作用與D2相同，二極管D3單向?qū)?，做為變壓器次?jí)做半波整流。R2、D1、R5構(gòu)成負(fù)反饋環(huán)節(jié)，同時(shí)電阻也具有限流作用，D1和Q1作為收發(fā)器件，Q1的感應(yīng)電流正比于D1的光照強(qiáng)度，同時(shí)作為基極電流流入光敏三極管Q1，光敏三極管Q1放大后的發(fā)射極電流接電位器轉(zhuǎn)換為電壓供控制模塊使用。圖中GND表示接地，12V和12V電源為兩組隔離電源。

因?yàn)楸旧暾?qǐng)中的發(fā)光二極管和光敏三極管Q1需要頭對(duì)頭完全對(duì)正，這樣如果只憑借焊接固定的話，即使當(dāng)時(shí)沒(méi)有問(wèn)題也不敢保證后續(xù)安裝會(huì)碰觸，導(dǎo)致變形，影響精度。所以后續(xù)使用φ5MM的硬質(zhì)塑料管先截取固定長(zhǎng)度，然后將φ5MM的發(fā)光二極管和光敏三極管Q1插入塑料管，然后再焊接到PCB上，而且固定之后非常牢固，而且能夠保證兩只管子完全對(duì)正。

本申請(qǐng)使用的發(fā)光二極管為白發(fā)白，其選取依據(jù)在光敏三極管Q1的接受光譜峰值波長(zhǎng)的為880nm左右，所以不管選取什么類型的發(fā)光二極管，只要發(fā)光波長(zhǎng)在880nm左右即可，比如紅外管。

相對(duì)于高隔離電壓和高線性度相比，本申請(qǐng)的結(jié)構(gòu)還存在兩點(diǎn)注意事項(xiàng)：

1)輸入環(huán)節(jié)由于運(yùn)放不取電流，所以相當(dāng)于輸入直接作用于電阻和發(fā)光二極管，輸入電壓的線性變化就需要轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)光二極管光照強(qiáng)度的線性變化，這時(shí)需要看LED的PDF手冊(cè)，通過(guò)輸入電流與光照強(qiáng)度特性表來(lái)選擇合適電阻，若電阻選取合適，那么整個(gè)系統(tǒng)線性度非常好。

2)因?yàn)楦綦x，所以輸入環(huán)節(jié)運(yùn)放的供電也必須隔離，因此需要通過(guò)變壓器單獨(dú)設(shè)計(jì)電源，并且變壓器繞線要選取高壓絕緣線。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所述的超高壓隔離電壓線性光耦，達(dá)到了如下效果：

本申請(qǐng)的優(yōu)勢(shì)在于高絕緣度，利用此模塊進(jìn)行高壓檢測(cè)和顯示時(shí)非常安全。通常使用高壓設(shè)備時(shí)存在安全隱患，在研發(fā)高壓設(shè)備時(shí)需要綜合考慮，安全第一，而本申請(qǐng)的超高壓隔離電壓線性光耦是絕對(duì)安全的。

上述說(shuō)明示出并描述了本實(shí)用新型的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本實(shí)用新型并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述實(shí)用新型構(gòu)想范圍內(nèi)，通過(guò)上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍，則都應(yīng)在本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。