线性光耦器件IL300-F-X009原理及其应用

摘要：介绍在采集交流永磁同步电机母线电流时，为防止外界的各种干扰，必须将霍尔传感器测量系统和DSP数字微处理器进行电气隔离。为了能更精确地传送模拟信号，进行电压检测，用线性光耦(IL300-F-X009)隔离是最好的选择。线性光耦输出信号随输入信号变化而成比例变化，它为模拟信号传输过程中，隔离电路的简单化、高精度化带来了方便。
关键词：线性光耦(IL300-F-X009)；模拟信号；电压检测

0 引言
在自动控制系统中，经常需要将一些现场信号采集到单片机中，被采集的信号既可能是数字信号，也可能是模拟信号。为了实现电平线性转换以及不把现场的电噪声干扰引入到以DSP数字微处理器为核心的控制系统中来，必须将被测电路和控制电路在电气上实现隔离，光电隔离法是常用的方法。本文给出一种利用光电隔离法对模拟电压信号进行采集的电路，电路中使用了VISHAY公司的IL300-F-X009高精度线性模拟光耦器件，文中对其工作原理进行了介绍，并通过试验证明了此方法的精确性。

1 IL300-F-X009线性光耦隔离原理
线性光耦IL300-F-X009内部结构原理如图1所示。IL300-F-X009由一个高性能发光二极管LED和两个相邻匹配的光敏二极管PD1和PD2组成，这两个光敏二极管有完全相同的性能参数。LED是隔离信号的输入端，当有电流流过时就会发光，两个光敏二极管在有光照射时就会产生光电流，IL300-F-X009的内部封装结构使得PD1和PD2都能从LED得到近似光照，且感应出正比于LED发光强度的光电流。光敏二极管PD1起负反馈作用，用于消除LED的非线性和偏差特性带来的误差，改善输入与输出电路间的线性和温度特性，稳定电路性能。光敏二极管PD2是线性光耦的输出端，接收由LED发出的光线而产生与光强成正比的输出电流，达到输入及输出电路间电流隔离的作用。正是IL300-F-X009内部的封装结构、PD1与PD2的严格比例关系及PD1负反馈的作用保证了线性光耦的高稳定性和高线性度。

当IL300-F-X009内部的LED中流过电流IF时，其所发出的光会在PD1和PD2中感应出正比于LED发光强度的光电流Ip1和Ip2，其中IF、Ip1、Ip2满足以下关系式：

式(1)中K1、K2分别为输入、输出光电二极管的电流传输比，其典型值均为0．7％左右。IF的范围在5 mA～20 mA之间，能够获得最好的线性关系。此时Ip1和Ip2的电流一般在200μA以下。K3被定义为传输增益，其输出侧光电流(Ip2)和输入侧光电流(Ip1)之比是一个恒定值，IL300-F-X009的传输增益K3的范围在0．945～1．061倍之间。PD1接入到输入电路，用来检测和稳定发光二极管发光的强度，PD2作为输出电路的一部分与测量电路实现了电气隔离。PD1和PD2安装位置的精确性以及元件先进的封装设计保证了该元件的高线性性和增益的稳定性。IL3 00-F-X009的最大非线性有±0．5％，最大输入电流250 mA，是模拟信号隔离的极佳解决方案。