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原创 HCRN200

 2009-3-26 13:56  2992 2 2 分类: 模拟

线性光耦HCNR201，应用电路分析与疑问

图为hcnr201实用电路，我已经实际验证过，可行!  但还有些原理上的疑问，望高手、大虾帮忙释惑。
电路介绍：R1=R2=100k ；C1=C2=0.001uF; R3=200 ; 运放LMV321 ；
问题的出现：我电路板上有七路模拟量隔离，其中一路输出不正常（是零点几伏），我将所有的器件除C2外都换了，还是不正常。用万用表测R2（已经焊在电路板上），阻值只有正确阻值的一半。卸下C2，再测R2 阻值，正常。上电测Vout接近正常，几分钟后，又不正常。直到昨天晚上，我再次将C2焊上，就又完全正常了。
电路分析：1、 IPD1= Vin / R1; IPD2= Vout/R2; IF/IPD1=IF/IPD2=K=0.0005(这个关系式是由线性光耦的制造工艺保证的); 所以当R1=R2时，Vin=Vout;
          2、 HCNR201 一脚的电压经过测量，基本上恒定在3.47V 左右，不随Vin变化，这也符合二极管特性。
          3、基于上述可以得到方程：VA1OUT=3.47—IF*R3； Vin="IPD1"*R1；
                                   VA1OUT=3.47—（200*R3/R1）*Vin；
                                    R2*C*dvout/dt + Vout = IPD2*R2；
存在疑问：1、C1是否让运放A1形成负反馈？当Vin输入恒定时也是负反馈吗？请从原理上告诉我，不要说这个你回去自己查书，或你不用知道原理。
          2、C1 电容的容值如何计算确定。
          3、C2 电容的作用是什么？如何计算容值。如果不要，为什么不行？
          4、VA1OUT=3.47—（200*R3/R1）*Vin，运放是如何让这个关系式成立的。
          5、还有个根本问题，此电路为什么两端选运放，如果没有此典型电路，我改如何思考，而最终选定用运放来实现,而非其他电路。运放的特点（虚短，虚断，输入阻抗无穷大，输出阻抗无穷小）？

参加

陈定一 发表于 2007-3-29 09:49 电测仪表 ←返回版面

2楼：另一幅原理图

参加

陈定一 发表于 2007-4-2 08:42 电测仪表 ←返回版面

3楼：自己

C1 只是给交流提供负反馈。而对直流输入时而言，光耦后的信号引回运放反向输入端，让运放形成负反馈，才让运放的虚短和虚断成立。
但C2的作用，我还是不清楚，为什么，没有它，就不行了？
还往高手赐教。

参加

awey 发表于 2007-4-3 09:40 电测仪表 ←返回版面

4楼：没看到图

参加金

munababy 发表于 2007-4-3 15:39 电测仪表 ←返回版面

5楼：没你说的这么复杂吧，A1恒流，A2恒压

C1和C2只是运放使用过程中并在反馈电阻上的防止寄生振荡的作用而已。如果说你的电路缺C2不能正常工作，也许你该检查下你的电源，是否干扰较大？或用手靠近A1或A2看看输出是否会变化。我觉得你的电源有点问题。特别是你提到7路模拟量隔离，就算隔离一次和二次还是有分布电容存在，高频会耦合到输出，造成干扰。

参加

XZM211 发表于 2007-4-3 22:27 电测仪表 ←返回版面

6楼：建议改进设计

ＰＤ２不要这样用，改成直接电阻采样应该好很多．

参加

陈定一 发表于 2007-4-4 09:05 电测仪表 ←返回版面

7楼：此电路作用介绍

此电路是实现模拟量输入的隔离，将0到5v的电压信号隔离后送入Infineon单片机的A/D采样端口。
作测试时是通过外部电源提供0到5伏的电压信号。其实我关心的也就是运放问题。线性光耦其实作用很简单，就是光耦的发光二极管，同时控制两个光敏器件，并具有线性性质。也就是光耦1脚和2脚，电流越大，3脚4脚电流和5脚6脚的电流越大，成正比关系。
回答我问题的人这么少，是我的图片大家看不见吗？图片一是实际原理图，图片B是将光耦分开画便于分析。
还是希望有师兄能回答：
          1、C1是否让运放A1形成负反馈？当Vin输入恒定时也是负反馈吗？
          2、C1 电容的容值如何计算确定。
          3、C2 电容的作用是什么？如何计算容值。如果不要，为什么不行？
          4、VA1OUT=3.47—（200*R3/R1）*Vin，运放是如何让这个关系式成立的。
          5、还有个根本问题，此电路为什么两端选运放，如果没有此典型电路，我改如何思考，而最终选定用运放来实现,而非其他电路。

参加金

陈定一 发表于 2007-4-4 15:49 电测仪表 ←返回版面

8楼：感谢五楼和六楼师兄

五楼师兄：师兄您说的很有道理，但您说“特别是你提到7路模拟量隔离，就算隔离一次和二次还是有分布电容存在，高频会耦合到输出，造成干扰。”我很赞同，但不理解，还希望您的解释？
在调试过程中总有两路不准，且出现奇怪的现象。比如电源断电后，仍用示波器看一路输出150mV左右的负电压，另一路为150mV 的正电压。一般半个小时后，消失。更奇怪的是，我将一路的C2取下后，用万用表打电阻R2，发现阻值只有应该有的一半（50K），且看着万用表上的读数在不断的增加(刚关断电源后发生的)。太奇妙了，我还让另一个同学，见证了这个现象。
所以，很希望您能具体解释下
1、分布电容，高频会耦合等基本概念，
2、A1恒流，A2恒压，如何理解。

同时也希望希望讨论下，六楼师兄说的不要运放A2，就在光耦五六脚接采样电阻行吗？

参加金

陈定一 发表于 2007-4-4 16:03 电测仪表 ←返回版面

9楼：分布电容，高频耦合

分布电容，高频耦合的概念就不劳烦师兄解释了，百度下就知道了，还是请解释下如何消除，或减小吧。
其他问题还是希望回答。

参加金

xzm211 发表于 2007-4-4 22:23 电测仪表 ←返回版面

10楼：改进建议

建议你先用电阻采样光电流，由５脚到地，再进行同相放大，不要用反向放大，性能会更加稳定．

签名：

做好技术，搞好服务．
１３９０９０１５６９２

参加金

陈定一 发表于 2007-4-5 10:29 电测仪表 ←返回版面

11楼：感谢10楼师兄

参加金

陈定一 发表于 2007-4-5 10:32 电测仪表 ←返回版面

12楼：感谢10楼师兄

xzm211师兄：
为什么同相放大，性能会更稳定?

参加

xzm211 发表于 2007-4-5 18:37 电测仪表 ←返回版面

13楼：经验之谈

１　长期应用的实践应用验证．
２　同相放大输入阻抗高，输入失调电流和失调漂移小．

签名：

做好技术，搞好服务．
１３９０９０１５６９２

参加

munababy 发表于 2007-4-6 14:07 电测仪表 ←返回版面

14楼：干扰的问题比较难处理

特别如果是空间干扰，如果你用的是开关电源的话，当然如果你的电路存在空间干扰，那么传导干扰比空间干扰因该会更严重，因为传导干扰直接从电源进入。多路隔离输入我也做过，用开关电源，一个变压器多组隔离输出，其中有一路精度不行，我认为那是因为共模干扰引起的，所以我把多路输入的电源地都通过一222/4KV的电容并在一起，情况就好很多，当然如果能通过电容接到大地，我认为会更好。至于你刚关断电源电阻值不对那很正常，电路中还有电流在流动，测电阻怎么会准呢？A1通过一限流电阻R3点亮D1，D2输出电流购成反馈回路，只要你输入信号不变，A1输出也不变，不就是工作在恒流状态吗？与此同时D3输出的电流经A2，R2放大变成电压，就是工作在恒压状态吗？C1，C2电容取值都是经验值，以防止寄生振荡，一般102，不超过103。如果你用的是线性电源情况估计就不会有这么有趣了。至于说输出加电阻，用正向放大方式也是可以的，正向放大的不利点也很明显，高阻抗输入的麻烦是在无输入信号时受干扰会比较麻烦，此电路我一直用的是反向放大，直流0.2 %精度是没问题的。

参加

munababy 发表于 2007-4-6 14:26 电测仪表 ←返回版面

15楼：还有

此电路用正向放大的话有另外一个问题，光电流很小，加电阻后时候会影响到线性？正向放大也存在偏执电流的问题，这个是由运放决定的，正向放大的优势是前级信号输出电阻很大的情况下体现优势。而在这个电路应用中这种优势并不明显。我一直把D2，D3看作电流源来应用，但因为其有内阻，所以外加电阻的方式会降低输出电压，反而不利。而反向放大的方式运放输入电阻为0，是否对提高精度有一定优势呢？

参加金升

陈定一 发表于 2007-4-6 17:27 电测仪表 ←返回版面

16楼：受教了

感觉自己只有多读几本书才行啊，尽管您说的我有些还是有些不懂。

munababy 师兄：
您说的共模干扰，在此电路中的体现是指在模拟量输入端和模拟地这两处输入了相同相位的信号，这个具体如何理解，能用示波器看见吗?还有光耦的作用不是抑制共模干扰吗？为什么还受影响啊？
线性电源是什么概念啊？是精度很高吗？

参加

munababy 发表于 2007-4-6 20:51 电测仪表 ←返回版面

17楼：不好意思，对电磁干扰部分我也只是略知皮毛而已

共模干扰是指你的系统线路对大地所具有的电压，按说因该是可以测得，由于其是由于电源一次侧到二次侧（或输入一次侧到二次侧）的分布电容或漏感产生，我认为测量时可以通过测量大地和系统二次侧电压得到，但干扰源内部阻抗较高，所以如果你的测量设备内阻如果不够大的话电压很快就经过测量设备泄放掉了，我自己没测过，但我通过频谱分析仪看过电源部分的传导干扰，多组隔离电源输出的时候，二次侧的地接在一起可以在某个频段显著降低共模干扰水平。还有开关变压器如外加屏蔽铜带的话吧屏蔽铜带接到一次侧的地可以在150K-30M频段能降低共模干扰。你暂时可以把隔离的几组电源的地通过一222电容到大地看是否有改善。另外，我所说的线性电源就是普通的变压器电源就是输出会跟随输入电压线性变化的电源，线性电源因为只引入工频或其两倍的频率干扰，所以对电路的影响要小的多。另外，以上是我个人见解，水平有限，不能保证完全分析正确哦。附两开关变压器屏蔽铜带接地和不接地的频谱图供参考。

参加

munababy 发表于 2007-4-6 20:53 电测仪表 ←返回版面

18楼：这张是开关变压器屏蔽铜带接地的频谱

参加

munababy 发表于 2007-4-6 21:03 电测仪表 ←返回版面

19楼：图上的起始频率是150K

图上的起始频率是150K，而不是图中的15M，那是抓图软件的BUG，当然实际干扰会因为你电源的开关IC不同而不同，电磁干扰部分很头痛的，我也是三脚猫功夫。我但心是否是我把问题考虑复杂了，说不定事实上你的问题远没如此复杂，希望没有误导你。

参

xzm211 发表于 2007-4-6 21:54 电测仪表 ←返回版面

20楼：分析得有道理

分析得有道理，我回头再按照你说的方法试试．
不知道斑竹的问题解决没有，如果能够把ＰＣＢ版图上传，大家看看接地问题处理得如何，会不会是电源和地线纹波太大．

这块板子终于去德阳东汽调试去了

这块板子终于去德阳东汽调试去了，硬件上遇到的问题完全可以用“层出不穷”来形容。下面是我的关于线性光耦的调试记录。希望与大家分享。
实践证明，原来设计的电路不光自己不稳定，还影响到模拟芯片DAC8420 和编码器电路的工作。
我的线性光耦主要是隔离电流和PT100模拟量输入的。
1、模拟电流输入和PT100输入到单片机管脚，常常变为+4.9v。怀疑运放饱和，后在线性光耦两侧的运放电源（A1，A2）和地之间加103电容后，测了一天很稳定。是没加电容的原因吗？
2、模拟量输出（DAC8420）不稳。发现PT100 和模拟电流输入接上后，模拟量输出芯片DAC8420就不稳定了，后发现一、SPI 过光耦后的波形很差，二、模拟量输出芯片的SPI管脚因为光耦原因，接有上拉电阻，再接“模拟+5V”，而这个“模拟+5V”也经过模拟量输入侧的线性光耦有联系，故去掉SPI光耦和上拉电阻，就正常了，能稳定地控制电机了，即模拟量输出芯片没有跳变。但也失去了光耦隔离的作用。再改版我该如何做，换成告诉光耦会好吗？我感觉不光是光耦速度的问题。还有告诉光耦有体积小些的吗?6n137 和2631 ，体积较TLP281-1，大多了啊。

参

iC921 发表于 2007-4-19 13:38 电测仪表 ←返回版面

22楼：先睡一觉再过来看……

dengquan 发表于 2007-4-19 15:42 电测仪表 ←返回版面

23楼：温度问题

我使用的LOC110，原理相同，但是出现数据下降，那位同志遇到这个问题。精度长时间不能达到0.2%，谁有更好的电路没有啊。

陈定一 发表于 2007-4-23 09:05 电测仪表 ←返回版面

24楼：德阳调试归来

    从德阳东汽调试回来了。在德阳调试电路板的时候，遇到许多在教研室没有遇到的问题。在现场调试电路板的问题可以用层出不穷来形容。
    上边的线性光偶是对PT100 和模拟电流输入进行隔离的。
    现将遇到的总结如下，希望大家发表意见：
    1、模拟量芯片DAC8420输出不稳，控制电机时发现抖动。发现PT100 和模拟电流输入接上后，模拟量输出芯片DAC8420就不稳定了，后发现1、SPI 过光耦后的波形很差，2、模拟量输出芯片的SPI管脚因为光耦原因，接有上拉电阻，再接“模拟+5V”，而这个“模拟+5V”也经过模拟量输入侧的线性光耦有联系，故去掉SPI光耦和上拉电阻，就正常了，能稳定地控制电机了，即模拟量输出芯片没有跳变。但也失去了光耦隔离的作用。再改版我该如何做，换成高速光耦会好吗？我感觉不光是光耦速度的问题吧。
    2、模拟电流输入和PT100输入经过线性光偶隔离后到单片机管脚，常常变为+4.9v。怀疑运放饱和，后在线性光耦两侧的运放电源（A1，A2）和地之间加103电容后，测了一天很稳定。是没加电容的原因吗？
    现在更深刻的体会到做工程，与在教研室作试验的区别了。

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