图1 采取线性光电耦合器HCNR200实现高压直流母线电压的精确采样
旗子暗记隔离的方法一样平常分为磁耦隔离和光耦隔离，光耦隔离利用光电耦合器件，把发光器件和光敏器件组装在一起，以光为媒介，实现输入和输出之间的电气隔离。光耦隔离是一种大略有效的隔离技能，割断了“地”滋扰的传播路子，有效地抑制了尖峰脉冲和各种噪声滋扰。HCNR200属于电流型光耦隔离器件，与普通非线性光耦不同，它具有更高的线性度，更高的精度和稳定性。
图1所示高压直流母线电压检测电路由运放U1～U3、线性光电耦合器U4、电阻R1～R10、电容C1～C7以及TVS管VD1组成，Vbus+和Vbus-分别为高压直流母线正极和负极，Vout+和Vout-分别为电压检测电路输出正、负极，Vout+/Vout-可以直接接入A/D转换器或CPU的A/D管脚进走运算处理。
线性光电耦合器HCNR200（厂家：AVAGO）内部构造如图2所示，它由发光二极管D1、反馈光电二极管D2和输出光电二极管D3组成，其事情事理为：当驱动电流IF通过发光二极管D1时，D1发出红外光（伺服光通量），该光分别照射在D2、D3上，反馈光电二极管D2接管D1的一部分光通量，从而产生掌握电流IPD1，该电流用来调节IF以补偿D1的非线性和漂移特性。同时，输出光电二极管D3产生的输出电流IPD2与D1发出的伺服光通量成线性比例。由芯片规格书可知，输入光敏二极管电流传输比K1 = IPD1 / IF = 0.5%（范例值），传输增益K3 = IPD2 / IPD1 = 1（范例值）。
图2 线性光电耦合器HCNR200内部构造示意图
详细事情事理剖析：电阻R1～R7、运放U1、线性光电耦合器U4中的D1、D2以及电容C1、C2共同构成输入电压电流转换电路，电阻R1～R6的浸染是将输入的高压直流母线电压转换为输入电流，采取多个电阻进行串并联是为了增大电气安全间隔以及电阻耐受功率，电容C2可以防止电路产生振荡，滤除电路中的毛刺，R7为发光二极管D1的限流电阻，C1为电源滤波电容。
根据空想运放“虚短”和“虚断”的观点，有关系式：VU1- = VU1+ = 0，IU1-=0，因此流经电阻R1～R6的电流会直接流向线性光电耦合器U4中的反馈光电二极管D2，即IPD1=[(Vbus+) - (Vbus-)] / (R1//R2 + R3//R4 + R5//R6)；IPD1反过来调节运放U1输出及驱动电流IF，使VU1-坚持在参考电压0V，运放U1及其周边器件本色上构成了一个电流并联负反馈电路。
电阻R8～R10、运放U2～U3、线性光电耦合器U4中的D3以及电容C3～C7共同构成输出电流电压转换电路，由于输出光电二极管D3受到发光二极管D1的光照，输出电流IPD2也随着稳定线性变革，运放U2和电阻R8组成电流电压转换器，将D3电流IPD2转换成电压VU2OUT,且VU2OUT = R8 IPD2；电容C3与电阻R8并联构成低通滤波器，以滤除线性光电耦合器U4产生的高频噪声；运放U3构成射极跟随器，用来提高检测电路的输出带载能力，隔离前级输出电路和后级处理电路，终极达到提升电压采样精度的目的；电阻R9、电容C5以及电阻R10、电容C7为传输线路上的滤波电路，用于滤除高频噪声和滋扰；VD1是TVS管，用于后端芯片的过电压保护。
因此，图1所示电路输出电压和输入电压之间的转换关系为：[(Vout+) - (Vout-)]=VU2OUT = R8 IPD2=R8 IPD1 = R8 [(Vbus+) - (Vbus-)] / (R1//R2 + R3//R4 + R5//R6)；把这个数学表达关系通过反推并转换为程序措辞，便可打算出输入真个直流高压。
输入电压电流转换电路与输出电流电压转换电路，即线性光电耦合器U4两边供电电源电气隔离，分开不共地，以达到强电和弱电完备隔离绝缘，减小高压部分对低压部分的电磁滋扰，其余，为了提高旗子暗记分辨率和抗滋扰能力，两边供电均采纳12Vdc电源。
图1直流母线电压检测电路所有电子元器件的参数如表1所示，为了提高电压采样精度，部分关键电子元器件的参数打算如下（非常主要）：
（1）确定最大驱动电流IF值：HCNR200规格书中给出的输入光敏二极管电流传输比K1= IPD1/IF = 0.5%（范例值），传输增益K3 = IPD2 / IPD1 = 1（范例值），而测试IPD2、IPD1的电流范围是5nA～50uA，如图3所示；显然在这个区间内，IPD2和IPD1是高度同等的，该区间段对应的IF = 1uA～10mA，以是取最大的IF为10mA；
图3 线性光电耦合器HCNR200规格书中紧张参数(a)
（2）电阻R1～R6打算：如前所述，IPD1能取的最大值为50uA，这也便是被测输入电压最大时的IPD1，电动汽车高压直流母线最高电压一样平常不超过750Vdc，以是R1～R6总电阻R1-6的打算公式为：R1-6≥750Vdc/50uA=15MΩ，因此R1～R6选取相同规格电阻，阻值/功率/精度为10MΩ/1W/1%；
（3）电阻R7打算：HCNR200规格书中给出的LED正向压降VF=1.6Vdc（范例值，如图4所示），当运放U1输出电压为0V时，IF取最大值10mA，以是R7的打算公式为：R7≥（12Vdc-1.6Vdc）/10mA=1.04KΩ，因此R7阻值/功率/精度选用1KΩ/0.25W/5%；
图4 线性光电耦合器HCNR200规格书中紧张参数(b)
（4）电阻R8打算：由于Vout+/Vout-会直接接入A/D转换器或CPU的A/D管脚进走运算处理，如果后端选择CPU型号为：STM32F107VCT6，其内部ADC基准电平VREF拟定为3.3Vdc，为了使检测电路输出不越限，应掌握VU2OUT ≤3.3Vdc，即R8≤3.3Vdc / IPD2 = 3.3Vdc / 50uA = 66 KΩ，因此R8阻值/功率/精度选用64.9KΩ/0.1W/1%；
（5）运放U1～U3：如果输入直流母线电压较低，经由电流传输、光电感应和电流电压变换后，末了的输出电压幅度可能会比较小，在运放端乃至会涌现截止失落真（下限截止），同时，运放的失落调电压、偏置电流对电压采样精度也有很大影响，因此，选择运放型号为：OPA2171AIDR，该运放属于高精度型，输入失落调电压范例值为0.25mV，输入偏置电流小于15pA，基本可以知足采样精度的哀求。
表1 本文提出的直流母线电压检测电路所有电子元器件参数规格表
利用图1电路及表1参数设计的高压直流母线电压检测电路，通过高压直流电源仿照输入，实测0～500Vdc电压范围的采样精度如表2所示，可见该采样电路能实现较高精度的高压直流检测。
表2 按照图1电路及表1参数设计的高压直流母线电压检测电路实测结果比拟
在设计电路时还须要把稳以下几点：其一，虽然我将线性光电耦合器HCNR200的特性讲解的比较清楚了，但大家在运用该电路时还是须要详细阅读一下芯片HCNR200的规格书；其二，大家要根据详细直流总压检测范围来选择电阻R1～R6的值，也不限定只利用6只电阻，可以多也可以少（但要知足爬电间隔哀求），如果选择阻值过大会影响电压低端检测精度，如果选择阻值过小会导致电阻发热，乃至使IPD1值越限；其三，运放的选择要特殊把稳，把稳运放的失落调电压、偏置电流不能过大，其余很多高精度运放是须要双电源供电（即正、负电源），如果运放规格书没有指出可支持单电源供电，千万不要将双电源运放采纳单电源供电，不然的话，轻则影响精度，重则运放不能正常事情。
末了我想见告大家：实在图1所示高压直流检测电路便是目前市场上可以买到的“直流电压变换器”或者叫“直流电压传感器”的内部电路事理图，单价在200元旁边，如果大家节制了该电路即可巧妙的运用在各种掌握器中。本文通过利用线性光电耦合器HCNR200可以实现高压直流母线电压的精确检测，以及系统高压部分和低压部分的电气隔离，有效降落了高压强电对低压弱电的电磁滋扰，同时，由于HCNR200中间传输的是电流旗子暗记而非电压旗子暗记，肃清了大部分电压噪声的影响，极大地提高了电压采样精度。（本文章完）
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