1 工 作原理
在3650系列出现以前,光隔离产品一般不用在线性电路中,而只是将LED和光敏二极管构成的光电耦合器应用在数字信号隔离中,这种结构由于其基本原理的局限性,存在一定的非线性和不稳定性。
而3650和3652利用特有技术克服了单一LED和光电二极管形成隔离时的局限性。图1是3650的基本等效电路,可用于了解基本工作原理,不用具体考虑双极性工作时的偏移调节和偏压等问题。
为了减小非线性和时间温度的不稳定性,3650采用了两个光电二极管,其中一个用于输入(CR3),另一个用于输出(CR2)。放大器A1、LED、CR1和光电二极管CR3构成负反馈。因为CR2和CR3性能匹配,它们从LED CRl(即λ1=λ2)接收的光量相等,因而有I2=1I=IIN,而放大器A2则用来构成电流和电压转换电路。
图2是3650模块的简化电路系统模型。它的输出取决于VD电流的大小,而VD。的值又取决于输入电流。因而,3650是一个跨导放大器,其增益为伏特/微安。当用作电压源时,输入电流由增益设置电阻决定。RIN是差动输入阻抗。对于这个模型,由于其共模阻抗和隔离阻抗都非常高,因此,其输入阻抗可以看作是无限大。
3652的简化模型如图3所示。它的隔离级和输出级与3650完全相同。而由FET缓冲放大器和输入保护电阻组成的附加输入电路则提高了3652的差动和共模输入阻抗(1011Ω),同时也保证了更低的偏置电流(50pA)和过压保护功能。+IR和-IR输入端可承受6000V差模和3000V共模的loms脉冲电压。缓冲放大器的电压增益由RG1和RG2确定。
2 应用说明
2.1 电源
由于为3650和3652隔离放大器提供电源的DC/DC隔离电源一般都与放大器的隔离屏障并行放置,而这样放置可能会降低隔离阻抗和整个电路的隔离抑制比。因此,应该使用高质量、低泄漏的DC/DC转换器。推荐使用Burr-Brown公司生产的722型DC/DC模块。
2.2 失调电压的调节
3650和3652的调零端BAL不用时可悬空。如果放大器工作在一个固定的增益,则可用一个电位器对其进行调零,低增益时可使用10kΩ电位器;高增益应用时,推荐使用50kΩ电位器。
当输入、输出级都需要调零时,可以把所选择的输入信号管脚连接到COMMON(公共)端,然后将放大器设置在最大增益,用50KΩ电位器把输入级的失调调整到零,接着再把放大器的增益设置为最小,并用10kΩ电位器把输出偏移再调整到零即可。
2.3 防护措施
为了充分发挥3650和3652放大器优异的隔离特性,设计时建议采取下面几点措施:
(1)输入应采用带屏蔽的双绞线电缆。
(2)尽量减小外部电容。对称的排列外部元件可以使从输人端到输出公共端的电容匹配,从而取得高的IMR。
(3)电路的外部元件及其引线均应与输出端有足够的距离,以防止高压击穿。
(4)如有必要,可采用有保护层的印刷电路板。
3 应用举例
图4所示是由3650构成的隔离放大器系统的电路图,该系统可用于测量电机的电枢电流和电枢电压。它通过校准电阻Rs将电机的电枢电流转换为电枢电压,然后再通过3650进行隔离和放大。而电枢电压则经分压器(可调整增益)输出,然后再由3650隔离和放大。
在出现高共模电压情况下,通过3650可提供精确的电流检测。
图5是用3652构成的对患者监视的应用电路。实际上这是一个真正的平衡输入仪表放大器,该电路具有很高的差动和共模输入阻抗,可以大大降低共模噪音。由于以往的仪器在对病人 的监护中常常存在导联阻抗不均衡等问题,因此,用图5所示电路可取得良好的效果。该电路输入端可承受10ms的3kV和6kV共模输入电压和差动输入电压,这些电压都相对于输入的公共端。该隔离屏障的额定隔离耐压为2000Vpp(持续),脉冲额定隔离耐压为5000Vpp。因为每个器件在工厂的测试电压为5000Vpp。
图6给出了一个3650隔离放大器在SCR控制中的应用电器,利用该电路可以实现对3相双向SCR继电器的开关控制,从而达到对电机等被控设备的隔离控制。