通過(guò)改進(jìn)光耦電路提升零電壓測(cè)量精度的方法

在不同潛路工作的電路中，用光耦建立電流隔離看上去似乎很簡(jiǎn)單。光耦從隔離電路中獲取能量，由于LED老化，開(kāi)關(guān)相對(duì)慢且不穩(wěn)定。若不用光耦，可使用如Analog Devices公司的ADUM12xx或Texas Instruments 公司的ISO72x替代。本設(shè)計(jì)方案闡述了一個(gè)簡(jiǎn)單改進(jìn)光耦電路的方法。

　　圖1顯示了兩個(gè)通用的0V同步交流設(shè)計(jì)。通過(guò)光耦負(fù)載電阻的減少，開(kāi)關(guān)變得更慢更不確定，但減少了光耦的LED電流，嘗試減少隔離電路中的能量消耗。為實(shí)現(xiàn)更快更迅速的開(kāi)關(guān)，將不得不犧牲能量效率；然而，由于能量效率和交流電壓大小的反向關(guān)系，這個(gè)犧牲的好處是有限的。

　　光耦的LED在近似全交流循環(huán)過(guò)程中超乎尋常的幾乎連續(xù)發(fā)光，導(dǎo)致功耗效率低，且使光耦老化得相對(duì)較快：一個(gè)顯著的缺點(diǎn)是過(guò)原點(diǎn)誤差過(guò)大且?guī)缀醪豢煽?；電路的靈敏度范圍依靠光耦的參數(shù)。圖1的設(shè)計(jì)不是一個(gè)理想方案。就效率而言，依靠光耦的電流轉(zhuǎn)換率和交流幅值，它們能輸出5到100 mA。

　　圖2的設(shè)計(jì)克服了能耗過(guò)大、不確定開(kāi)關(guān)和LED老化的問(wèn)題。它非常適用于寬交流范圍的應(yīng)用。與圖1的電路相比，圖2的LED只在過(guò)原點(diǎn)附近發(fā)光，且由前置充電電容接收能量，所以通過(guò)10到100的因數(shù)減少平均電流消耗。設(shè)計(jì)也提供更快、更確定和更敏銳的開(kāi)關(guān)。更甚者，希望延緩LED老化。圖1中電阻R₁和R₂消耗的熱功率不小于1.5W，所以在同一電路板區(qū)域用0.1W設(shè)備替換外部器件（圖2）。

　　電路的主要部分由幅值檢波器D₁、電容C₁和Schmitt觸發(fā)器Q₁/Q₂組成，控制流過(guò)光耦的LED電流。D₂和D₃穩(wěn)定Q₂的基電壓，從而其集電極電流驅(qū)動(dòng)光耦。電容C₁通過(guò)R₁、R₂和D₁充電。

　　幾乎所有交流周期中，除了過(guò)原點(diǎn)附近，Q₁為開(kāi)，Q₂為關(guān)。然后，接近過(guò)原點(diǎn)時(shí)，

Schmitt觸發(fā)器Q₁和Q₂的狀態(tài)改變，Q₂以恒定的電流卸放電容C₁，因?yàn)橛蒕₂、D₂、D₃、R₅和R₆組成的電路按I=(2×V_D–V_BE2)/R₆穩(wěn)定電流，在這里V_D為D₂或D₃上的電壓降，V_BE2為Q₂的基射極電壓。

　　一些應(yīng)用不需要Schmitt觸發(fā)器固有的磁滯性；圖3顯示了這樣的一個(gè)設(shè)計(jì)。它也顯示了怎樣處理不需要的D₁最小反轉(zhuǎn)電流。然而，電路更適用于純同步和非晶閘管控制。由于LED電流的穩(wěn)定性，這些設(shè)計(jì)使輸入交流電壓的范圍擴(kuò)大，其有利于多標(biāo)準(zhǔn)交流供電設(shè)計(jì)；有機(jī)會(huì)在LED沒(méi)有過(guò)載危險(xiǎn)的情況下設(shè)置LED電流；減少光耦不穩(wěn)定的影響。這樣設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)為其固有更安全的特性。在其終端短路的情況下，光耦在隔離與非隔離側(cè)之間傳遞的電流比圖1電路中少10到100倍。光耦也有優(yōu)勢(shì)。由于低占空比，可以不損失功率而任意減少光耦負(fù)載電阻R8的值。這個(gè)減少將使過(guò)原點(diǎn)誤差降低。