三极管的低成本电压隔离方案
24c01硬件电子 2024-07-12


昨天发了一篇关于线性光耦+运放做电压隔离采集的文章,今天在HCNR200的数据手册里又看到了一个低成本的隔离方案,使用的不是运算放大器,而是三极管,电路图如下:

上图电路中,LED为线性光耦HCNR200内部的发光管,PD1和PD2是线性光耦HCNR200内部的接收管,如下图:

下面是HCNR200数据手册中对这个电路的解读(感兴趣可以去看HCNR200手册):

图16所示电路是设计用于开关模式功率反馈路径的高速低成本电路这种应用需要良好的带宽、低成本和稳定的增益,但不要求非常高的精度。这个电路是一个很好的例子,说明设计者如何在精确度之间进行权衡,以实现带宽和成本的提高。该电路具有约1.5 MHz的带宽,具有稳定的增益特性,并需要很少的外部元件。

图16在本质上与图12a中的电路。放大器A1是由Q1,Q2,R3和R4,而放大器A2是由Q3,Q4,R5,R6和R7。电路也以同样的方式工作,唯一的区别是放大器A1和A2的性能。较低的增益、较高的输入电流和较高的偏置电压会影响电路的精度,但不会影响电路的运行方式。由于基本电路工作没有改变,电路仍具有良好的增益稳定性。使用分立晶体管而非放大器使得设计能够在精确度之间进行权衡,以便以低成本获得良好的带宽和稳定性。

为了更详细地了解电路,根据下列方程,选择R1以在标称输入工作电压下实现约7-10 mA的LED电流:

其中光耦合器的K1(即IPd1/IF通常为约0.5%。然后根据等式选择R2以获得所需的输出电压,

R4和R6的目的是通过降低局部环路增益来提高输入和输出电路的动态响应(即稳定性)选择R3和R5以提供足够的电流来驱动Q2和Q4的基极。并且选择R7使得Q4以与Q2大致相同的集电极电流运行。

通过仿真也可以看到这个电路是可行的,下图是仿真电路:

下图是对Vin进行从0V到5V直流扫描的Vout输出结果:

总结:这辈子应该用不到。


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