隔离电压线性采集电路原理分析

最近买了一个隔离的线性采集电路的图纸，将其主要电路分享与各位道友，电路采用线性光耦和运算放大器做的隔离采集电路，可以将信号通过运算放大器+线性光耦隔离后传递给后级电路。电路图大致如下：

从上图可以看到，R6和R8为电流采样电阻将输入电流转化为0.6V~3V电压信号（因为输入为4~20mA电流信号），然后电路采用了线性光耦HCNR200加两颗运算放大器将采样电阻上的电压转化为隔离电压输出给MCU的ADC端口采集。下图是主要的电流路径：

光耦HCNR200中包含一颗发光二极管，以及两颗接收二极管，其中一颗接收二极管作为隔离后的接收管，一颗二极管作为隔离前的反馈（这两颗接收管的参数一致性很好），即发光管发出的光会同时被两颗接收管接收，下图截取字HCNR200的数据手册：

下图是对电路进行的仿真（为了仿真方便没有进行电源和地隔离），可以看到输入为1V输出也为1V，通过仿真的电流也可以看出刚刚分析的电流流向是正确的：

输出公式为Vout = K3*Vin*R3/R2，其中K3为光耦内接收二极管光电流一致性系数，例如HCNR200的K3典型值为1，公差±15%。也就是说最终的输出Vout可能会有15%的公差（还是蛮大的）。另外可以看到HCNR201的K3是更好的，有5%。

如果不想用这种集成型的线性光耦，也可以使用两颗分立的光耦，将发光管串联（保证发光二极管电流IF一样），这样也可以实现这一电路（不过效果肯定会差一些，除非两颗光耦的CTR一致性很好），大致电路图如下：

总结：实用价值不如隔离运放，算是提供一种额外的思路给大家吧。

本文转载自24c01硬件电子公众号