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线性隔离检测电路设计方案-基础电子

1引言

开关电源、UPS等电源设备在电力系统、通信系统中被广泛

应用，而这些设备无一例外地要检测主电路的电压、电流信号。检测

电路是主电路与控制电路的接口，也是电源设备必不可少的一个重要

组成部分。检测电路必须满足如下两个方面的要求：

a要有很高的精度和线性度。现代电源为了达到很高的稳压

稳流精度并具有很好的动态响应特性，大多都引入电压电流参与系统

的反馈控制。检测电路的精度和线性度，在某种程度上决定了整个电

源的输出精度和稳定性。

b必须具有隔离功能。大多数电源的主电路和控制电路之间

在电气上相互绝缘。否则电源会由于主电路对控制电路的干扰而不能

正常工作，甚至会危及调试人员的人身安全。

目前，市场上有许多隔离传感器供用户使用，如隔离放大器

（TPS5904，AD202）、电压霍尔、电流霍尔等。在上述器件中，AD202、

霍尔元件有性能好、可靠性高、测量、应用范围广的优点。但它昂贵

的价格却使大多数使用者望而却步，TPS5904虽然价格比较便宜，但

相对来讲，线性度较差。只有TI公司的TIL300精密线性光耦，可以

很地检测直流信号，隔离效果好，价格又便宜。因此，许多设计人员

在选择器件时都偏重于选择TIL300作为检测、反馈直流电压、电流

用的检测元件。

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但是，随着TIL300生产线的停产，以前使用TIL300的用户

不得不选择其它器件，而目前电子元器件市场上又没有其它价格、性

能可与TIL300相媲美的元件，这就给使用者带来很大不便。本文基

于此现状，提出了一种可以代替TIL300的检测电路。该电路使用普

通光耦，应用反馈控制原理，具有价格便宜，线性度好的特点，在一

定程度上可以替代原有的TIL300。

2TIL300简介

TIL300精密线性光耦的内部结构如图1所示。

图1TIL300结构示意图

TIL300精密线性光耦合器是由一个红外光LED照射分叉配置

的一个隔离反馈光二极管和一个输出光二极管组成，反馈光二极管吸

收LED光通量的一部分而产生控制信号，该控制信号可通过一个调节

电路来调节LED的驱动电流，终使得LED发出的光通量满足输入信号

和反馈信号相等。TIL300精密线性光耦合器是以电流方式工作的，在

一定输入电流范围内，它的电流传输比保持不变，此时输出光二极管

产生的电流信号与反馈光二极管产生的电流信号成线性比例，所以输

出信号与输入信号成一定的线性比例关系。

3检测电路

3.1电路结构

本文提出的检测电路如图2所示。

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图2检测电路构成

检测电路主要由两个普通光电耦合器、两个运放和电阻、电

容构成。两个光电耦合器可以起到TIL300中隔离反馈光二极管和输

出光二极管的作用。其中一个用作输出，另一个作为反馈，反馈是用

来补偿发光二极管时间、温度特性的非线性。为了保证输出光二极管

产生的输出信号与LED发出的伺服光通量呈线性比例，在选择器件时，

两个光耦合器的特性应尽量保持一致。输出端所接的电压跟随器是为

了保证输出电压的稳定性。

3.2工作原理分析

由图2可知：输出电流、输出电压的表达式分别为：

I3=k3I1（1）

UO=R3I3=k3R3I1（2）

反馈电流为：I2=k2I1（3）

式（1）、（2）、（3）中k3、k2分别为电路中两个光耦的电流

传输比（非线性）。两个光耦的特性近似一致，可认为k2=k3，也即

I2=I3。

此电路的工作原理如下：

在检测电路调节过程中，Ui有两种变化趋势，当输入电压

Ui升高时，有UiR2I2，导致运放输出端电压升高，通过发光二极管的

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电流I1也随之增大，由于I2=k2I1，I3=kI1，I2、I3也增大，终调节的