线性光耦IL300-F原理及其应用

　　如图2所示，IL300-F-X009的LED、PD1及运放U1等组成隔离电路的输入部分，PD2及运放U2等组成隔离电路的输出部分。隔离电路输入电压为Vin，输出电压为Vout，发光二极管LED上电流为IF，光敏二极管PD1上产生的电流为Ip1，光敏二极管PD2上产生的电流为而Ip2。

　　图2隔离电路中PD1形成了负反馈，当电压Vin输入时，运放U1的输出使LED上有电流IF流过，且输入电压的变化体现在电流IF上，并驱动LED发光把电信号转变成光信号。LED发出的光被PD1探测到并产生光电流Ip1。根据运算放大器“虚断路”和“虚短路”特性，输入电压Vin也会产生电流流过R1，Ip1=Vin/R1，Ip1取决于输入电压Vin和R1的值。LED发出的光同时照射在两个光敏二极管上PD1和PD2，由式(1)可得到：Ip2=K3×Ip1，K3的范围在0.945～1.061倍之间。运放U3和电阻R2把Ip2转变成输出电压Vout，Vout=Ip2×R2，组合上面的3个等式得到输出电压Vout和输入电压Vin的关系：Vout/Vin=K3·R2/R1。电容C1为反馈电容，消除噪声干扰，提高电路的稳定性。因此，输出电压Vout具有稳定性和线性，其增益可通过调整R2与R1的值来实现。

　　2.2 线性光耦(IL300-F-X009)的应用

　　本文将线性光耦(IL300-F-X009)隔离电路应用于检测永磁同步交流电机母线电流，如图3所示。霍尔传感器电路采用ACS712元件，ACS7 12是常用的电流传感器元件，其输出电压与输入电流为正比例关系，只要测出ACS712的电压输出值即可换算出被测永磁同步交流电机母线的电流值。霍尔传感器电路(ACS712)将永磁同步交流电机母线的电流值变化转化为电压信号，经过A/D转换后传输给DSP数值信号处理器解算出永磁同步交流电机母线的电流。采用线性光耦隔离电路对霍尔传感器电路检测永磁同步交流电机母线电流进行隔离，防止外界干扰的同时，还达到高精度的传输测量信号，即隔离电路前后电压一致，满足实际应用的要求。实验电路原理图如图3所示。

　　2.3 确定线性光耦隔离电路的参数值

　　本试验选取VCC和VDD都为+5 V，但不共地的电源电压，Vin的输入电压范围0 V～5 V，Vout的输出电压范围0 V～5 V，如图2所示。根据IL300芯片手册说明，如图4和图5所示，可知，在环境温度为25℃，流过IL300-F-X009内的发光二极管LED的正向电流为IF=10 mA时，其传输增益K3=1，发光二极管LED的正向电压VF=1.25 V。设输入电压Vin=5 V，则第一级运放LM358输出的电压V1=5 V，因此，由以上分析可以计算出R2的电阻值。

　　根据IL300芯片手册说明，如图6所示，可知，在环境温度为25℃，当流过IL300-F-X009内的发光二极管LED的电流IF=10 mA时，则Ip1= 70μA，此时，V2=Vin=5 V，因此，可以计算出R1的电阻值。由式(1)可知，要实现Vout=Vin，那么R3=R1。