基于pc817的电压测量电路的设计

基于46 PC817的电压测量电路设计，浙江工业大学信息工程学院，杭州310023电子邮件: ziv051035@163.com充分利用PC817的光隔离特性和放大面积光电晶体管，以PC817为核心设计隔离式电压测量电路详细分析其电路原理，参数选择，测量性能和误差，并通过实际电路测试和实验数据分析验证电压测量电路的性能. 关键字: PC817，电压测量，线性度，灵敏度电路设计基于电压测量的PC817张海亮，陈国定，夏德银，浙江大学技术学院信息工程学院，杭州310023 E-mail: ziv051035@163.com摘要: 利用PC817光电隔离表征光电晶体管的放大面积，设计了隔离电压测量电路，其中PC817的核心元件，详细的分析电路，参数选择，测量性能误差，实际电路测试实验数据分析表明电压测量电路满意. 关键词: PC817，电压测量，线性度，灵敏度隔离电压的测量方法有: 霍尔电压传感器，光耦合器电压传感器和光纤电压传感器.

霍尔传感器具有高精度，高线性度和简单的应用电路结构的特点. 产生了普克尔斯效应. 测量范围高达几百kV，但是在低于kV的电压测量中，光电耦合器传感器的性能不佳. 光耦合器，但是光耦合器的两侧都需要运算​​放大器的协助. 测量高压时，采样侧的芯片电源会增加成本和电路复杂性. 普通光耦合器在电压测量中的应用存在一些问题: 文献[3]通过软件算法补偿了光耦合器的非线性. 文献[4]通过参数选择来保证线性输入-输出关系，但是工作间隔很窄并且没有提到光耦合器. 本文设计的电压测量电路采用普通的光耦合器PC817，成本低，线性好，在一定范围内的低成本直流电压测量中具有较高的应用价值. 电压测量电路设计1.1 PC817的传输特性光耦合器通常将光发射器（红可以达到50％-600％，表PC817的参数非常分散，任何两个PC817的输出特性都会不同.

GND VCC U1 PC817 GND Vin R2 R1 Vout1 PC817基本应用电路PC817的基本应用电路如图1所示. 三个基本元件是LED限流电阻R1，光电晶体管集电极限流电阻R2和PC817，V为被测电压，Vout1输出响应电压. 根据图1建立测试电路，R1为1k 300，VCC为3.3V，在V从0-6V变化时测量相应的V out1，并替换PC817后的电路输出，如图2所示. 从图中可以看出，每个PC817具有高度线性的间隔，但是每个间隔都不同. 中国自动化学会第27届青年学术年会论文集，浙江杭州，2012年20月20日-22 PC817传输特性测试1.2在PC817的线性工作间隔电路中，Vout1 PC817的正向传导电压降发光二极管，k，b分别是线性方程的斜率和截距. 有以下推导: 通过比较可以得到VCCkV VCCkV kRCTR: 当PC817的光电晶体管处于饱和状态时，其输入和输出特性是非线性的. 因此，参数选择的主要标准之一是使光电晶体管在放大区域中工作，即要满足: CE是光电晶体管的集电极-发射极的压降. 基于PC817的电压测量电路的设计2.1电压测量电路的设计在该电路的基础上增加了一个辅助校准电路，以补偿PC817的参数分散. 电路原理如图4所示.

R13 GND VCC U2 PC817 GND Vin R2 R1 U3BR4 R5 R6 U3AR7 R8 R9 R11 U1 TL431 R12 GND R18 Vref VCC1 C1 GND Vout1 Vout根据PC817电压测量电路，性间隔中设置任何PC817输入和输出特性方程式as: Outref out ref是TL431产生的参考电压，其值为: 12 2.5（1 18ref 122.5（1 1312 2.5（1 1318 18 13 out ref out）从表达式中可以看出，校准后的电路保持线性并且只要R12和R13的值合适，就可以将不同PC817的特性方程式校准为方程式2. 2.2电路校准过程中所示的电压测量电路需要调整这些值使用R12和R13之前，要完成初始校准.122.5（1.与R12和R13有关. 斜率与R13有关. 直接方程的截距和斜率相互耦合，无法进行校准容易完成. 因此，需要进行变换以使R12从V变为48因变量，然后线性方程式在式4中截距. 距离为122.5（1，仅与R12相关，并且斜率仍仅与R13相关. 校准后的方程为: outKV此项，将目标方程式更改为: outKV（1）测试电路Vout（2）的输入和输出特性将为: 目标方程式重写为公式5； （3）更改R13的值，同时观察输出电压的值（4）更改R12的值，同时观察输出电压的值，以进行2.3误差分析（1） TL431产生的TL431引起的误差2.5V参考电压将随电源电压VCC1和其他因素而变化光耦817测量，但是TL431产生的V ref可以通过R12进行调整.

可以消除此错误. （2）由电阻精度引起的误差即使使用高精度电阻，这些电阻R6-R9的电阻也不能完全相等. 当考虑不相等的电阻值时，输出电压的表达式为: 13ref out out ref outref与上式相比，可以简化为: outref ref偏差等于B” outref可以等于PC817原始传输特性已更改，但电路的作用是校准PC817的输入和输出特性，因此电阻精度误差不会影响电路的性能. （3）PC817引起的误差将输出电压表达式重写为: outref KV KV的典型值为1.2V，最大值为1.4V，则V为0.2V，PC817引起的绝对误差等于0.2K，并且0.2VCC / V是等效的，并且相对误差与测量电压有关，因此，当测量电压较高时，它甚至可能由突然的变化引起，并且无法通过电路进行校准. （4）温度引起的误差电路中没有温度补偿电路，温度变化不可避免地会引起误差. 假设VCC1不会随温度变化，则由温度引起的元件为TL431，PC817，运算放大器和电阻. 根据TL431数据表，在25至95℃的温度范围内，参考电压的平均温度系数为45.8ppm / PC817CTR的温度系数可以在一定程度上表示其传输特性的温度系数.

在25到95的温度范围内，PC817的温度系数约为-4700ppm /. 根据数据手册，如果运算放大器使用通用的LM358，则其温度系数为7V /. 0805封装电阻的温度系数为100ppm /. 电路温度引起的误差主要由PC817引起，其他元件的温度系数为正光耦817测量，与PC817的温度系数相反，可以在一定程度上降低误差. 考虑到最坏的情况，整个电路的温度系数为-4700ppm /. 总而言之，电路错误的主要根源是PC817本体，并且该错误无法消除. 但是，相对误差并不大，完全适合于一般的电压测量场合. 2.4参数优化选择输入输出关系的线性和灵敏度是衡量传感器质量的两个重要指标. 为了达到这两个指标，有必要合理选择R1，R2 PC817以最佳间隔工作. 如果太大，则会增加光耦合器的噪声并缩短寿命. 因此，通常会考虑电流限制电阻中I产生的功耗. 49参数选择的步骤如下: 当输入电压达到最大值inmax时，设置相应的最大正向导电电流值maxmax. 另外，PC817的最大隔离电压为5kV. 在一定的安全裕度下，V inmax可以达到2.5kV；设置与最大输入电压相对应的输出电压CE（sat），光电晶体管的饱和压降V CE（sat）会随着增加而增大，通常可以取为0.7-0.9V，选择的VCC小于ref根据图3，我估计达到IFmax FmaxCTR satCE. 为了确保在最大输入电压时光电晶体管不会饱和，R2可以取稍大的值.

2.5电路应用的局限性PC817的功能是传输数字信号，因此在将其应用于电压测量时必定存在局限性. 首先，PC817发光二极管的单向电导率意味着无法测量负电压. 其次，光电晶体管只有在达到一定值时才进入放大区域，因此在电压测量范围内会有一个死区. 最后，PC817不是高速光耦合器，并且电路的整体响应速度受其限制. 测试和结论基于最大输入电压60V和最大输出电压3.3V 601.2 139.8k 3.3 + 0.7 = 4V，以VCC为3.3V，根估计ICmax为7.5mA，3.3 0.7 3467.5为360Ω. R12和R13的初始值是随机的，因此当输入电压增加时，PC817可能会提前进入饱和区，并且在测试过程中输入电压的范围可能会更小. 测量的数据示于表1. 对获得的数据进行线性回归分析，输入和输出之间的关系为: V out 1.2V. 测得的特性方程式改写为: V out 0.2359. 根据条件，所需的目标公式为: V out 0.7，将其重写为: Vout调整为24V，计算Vout的值0.2359，并调整R13以便输出电压为1.224V. 计算0.752的值，并将R12的输出电压调整为1.740V. 校准完成后，再次测试电路，测试结果也记录在表1中.

类似地，对测量的数据执行线性回归分析. 校准后的特性方程为: 校准前的V out 2025 30 35 40 45 50 55 60校准后的1.253 1.494 1.755 2.031 2.316校准后的1.598 1.773 1.964 2.169 2.385 2.607 2.835 3.066 3.297本文以PC817为核心，设计了一种电压测量电路，它实现了电压的隔离测量，并通过简单的硬件调整来弥补PC817个体差异对传输特性的影响. 测量电路的成本非常低，其精度和线性度通常可以满足特定范围内直流电压测量的要求. 具有很高的实用性和性能. 王文生霍尔电流电压传感器模块的性能与应用[J]. 世界电子元器件，1996，（11）: 43-44. 李长生，崔翔，李宝树等. 光纤电压传感器的研究进展[J]. 高压技术，2000，26（2）: 40-43. 冷慧文，于晓光. 新型电动机电压测量电路[J]. 自动化与仪器仪表，2000，15（6）: 64-66. 曹天阳，李锡生，张朝晖. 新型光耦合电压传感器[J]. 技术与应用，2009，（10）: . 19-21 SHARP.PC817DataSheet [EB / OL] tasheet / PC-817_541727.html基于PC817设计的电压测量电路: 作者: 浙江大学信息工程学院，杭州310023引用本文的格式: 张海良陈国定夏德银基于PC817的电压测量电路设计[会议论文] 2012

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