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1、第四章 开关量输入输出的隔离技术1、廉价实用的、廉价实用的TLP521-XTLP521-1TLP521-2TLP521-4图图4.1 TLP521的各种封装及引脚排列的各种封装及引脚排列4.1开关量输入端隔离开关量输入端隔离工作频率不高，一般限制在工作频率不高，一般限制在10KHZ以内以内（1）R1可按驱动电流510mA来选择（2）R2可取2.2K10K，VCCX=+5V时，R2可取3.3K VCCIN1VCC XDOUTGNDXR1R2TLP521基本的光隔电路（一）基本的光隔电路（一）图图4.2 基本的光隔电路（基本的光隔电路（a）（1）此种接法更为常用此种接法更为常用此种接法更为常用此种
2、接法更为常用（2）VCCX=+5V时，时，R4去掉去掉 VCCX=+12V时，时，R4取取6.8K(或改用或改用ULN2004）VCCX=+24V时，时，R4取取20K(或改用或改用ULN2002）VCCIN1VCC XULN2003R3R4TLP521基本的光隔电路（二）基本的光隔电路（二）图图4.2 基本的光隔电路（基本的光隔电路（b）2、高频脉冲的隔离、高频脉冲的隔离 对波形要求较高的场合，应使用高频特性好的光隔对波形要求较高的场合，应使用高频特性好的光隔如如4N25(300KHZ)、4N35(300KHZ)、6N136(2MHZ)4N354N356N1366N136光敏二极管的开关时间
3、光敏二极管的开关时间通常比光敏三极管小通常比光敏三极管小影响工作频率的因素：影响工作频率的因素：（1）负载电阻，越小，开关速度越快）负载电阻，越小，开关速度越快,最好不小于最好不小于1000（2）基极电阻，一般取）基极电阻，一般取50K100KLED+LED-NCBCEDINDOUT7406R1R1100kR3550VCCVCC X4N35GNDX74LS14图图4.6 可以工作到可以工作到115.2波特的波特的光隔电路光隔电路（1）VCCX取取5V时，负载电阻时，负载电阻R3应取应取2.2K3.3K（2）74LS14用于整形用于整形DINDOUT7406R1R32.2KVCCVCC X6N1
4、36GNDX74LS14图图4.7 用用6N136的的光隔电路光隔电路4.2DC-DC变换器的应用变换器的应用集成电路集成电路DC-DC变换器变换器 电荷泵变压、脉宽调制变压、前二者的组合变压电荷泵变压、脉宽调制变压、前二者的组合变压隔离变压器型隔离变压器型DC-DC变换器变换器 真正隔离真正隔离1、集成电路、集成电路DC-DC变换器变换器效率高、体积小、以小电流应用为主效率高、体积小、以小电流应用为主（1）ICL7660 输入：输入：1.5V10V 输出：输出：互补电压互补电压互补电压互补电压（2）MAX640/MAX848 输入：输入：5V 输出：输出：3.3V（3）MAX735 输入：输
5、入：4V6.2V 输出：输出：5V（4）MAX737 输入：输入：4V8.6V 输出：输出：15V单电源输出变换器单电源输出变换器（1）MAX742 输入：输入：4.2V10V 输出：输出：12V，15V,2A（2）MAX743 输入：输入：5V 输出：输出：12V，15V,100mA 双电源输出变换器双电源输出变换器集成运算放大器、集成运算放大器、AD转换器常用双电源转换器常用双电源2、隔离变压器型、隔离变压器型DC-DC变换器变换器（1）固定电压输入（用于信号隔离）固定电压输入（用于信号隔离）宽电压输入（用于未经稳压的输入电压）宽电压输入（用于未经稳压的输入电压）（2）输出电流应按系统最大
6、工作电流的）输出电流应按系统最大工作电流的1.21.5倍选取倍选取（3）尽量选用经稳压的。）尽量选用经稳压的。CinCoutVin+VOUTGND-VOUT100uf,25V图图4.11 DC-DC变换器模块的使用电路变换器模块的使用电路5V12V:Cin 100uf,25V24V48V:Cin 10uf,100VCinCoutVin+VOUTGND-VOUT100uf,25V滤波电容的选取滤波电容的选取4.3专用隔离芯片及模块专用隔离芯片及模块1、RS-422/485隔离芯片隔离芯片MAX1480用于用于RS-485半双工网络半双工网络MAX1490用于用于RS-422全双工网络全双工网络M
7、AX3157全双工或半双工，但不是真正的隔离全双工或半双工，但不是真正的隔离典型芯片及用途典型芯片及用途图图4.12 RS-485/RS-422 4.12 RS-485/RS-422 隔离集成电路隔离集成电路隔离电容隔离电容应用特点应用特点：提供隔离提供隔离电容、隔电容、隔离电压离电压50V2、模拟隔离放大器、模拟隔离放大器（1）AD202/2042端口，变压器耦合端口，变压器耦合 隔离电压高达隔离电压高达2000V 共模抑制比高共模抑制比高130db，信号最高频率，信号最高频率5KHZ 供电电压供电电压15V，可提供，可提供7.5V电源电源(0.4mA/2mA)（2）MAX2103端口，变压
8、器耦合端口，变压器耦合 隔离电压高达隔离电压高达2500V 共模抑制比高共模抑制比高120db,信号最高频率可达信号最高频率可达20KHZ 供电电压供电电压15V,可提供可提供15V电源（电源（5mA）（3）ISO1001光电耦合光电耦合常见模块常见模块（1）AD202:2端口，隔离电压端口，隔离电压2000V图图4.13 4.13 低成本线性隔离放大器低成本线性隔离放大器AD202AD202增益增益1：1反相输入反相输入同相输入同相输入应用举例应用举例-电机的电流检测电机的电流检测（2）AD210:图图4.14 AD2104.14 AD210结构框图结构框图3端口，宽频带隔离放大器，频率端口
9、，宽频带隔离放大器，频率20Hz、隔离电压、隔离电压2500V、输出阻抗低、输出阻抗低供电供电15V增益增益1：1图图4.15 AD2104.15 AD210的基本应用电路的基本应用电路同相输入同相输入反相输入反相输入应用举例应用举例-热电偶测量热电偶测量3、高频逻辑门专用隔离电路、高频逻辑门专用隔离电路（1）输入电流仅需）输入电流仅需5mA（有的更低），（有的更低），OC门输出，通门输出，通信速率可达信速率可达10M波特以上，有极高的抗共模干扰性能和极波特以上，有极高的抗共模干扰性能和极高的隔离耐压高的隔离耐压（2）有单路、双路、四路多种封装有单路、双路、四路多种封装图图4.17 4.17
10、单路封装单路封装图图4.19 4.19 双路封装双路封装特点及常见模块特点及常见模块适用适用于多路逻辑隔离，如于多路逻辑隔离，如并行并行A/D,D/A特点特点：有极高的电流传输比，：有极高的电流传输比，达到达到1500%。发光二极管。发光二极管最小驱动电流最小驱动电流0.5mA，5mA时工作频率最高时工作频率最高6N137典型应用典型应用图图4.18 4.18 6N137典型应用典型应用电路电路(单路）单路）直接逻辑输入直接逻辑输入/逻辑输出的隔离器件逻辑输出的隔离器件（1）输出）输出3.3V,+5V,TTL/CMOS兼容兼容（2）工作频率可达）工作频率可达100M波特波特（3）隔离电压高达）
11、隔离电压高达2500V图图4.21 4.21 单路单路直接逻辑输入直接逻辑输入/逻辑输出的隔离器件逻辑输出的隔离器件图图4.21 4.21 单路单路图图4.22 4.22 三种器件输入三种器件输入/输出的方向输出的方向4.4 4.4 新型的光电隔离产品新型的光电隔离产品种类：种类：微电流隔离器件微电流隔离器件 4mA4mA20m20m专用专用光电隔离器件光电隔离器件 高频高频隔离器件隔离器件 智能功率模块（智能功率模块（IPM）专用驱动隔离模块）专用驱动隔离模块4.4.1 4.4.1 微电流微电流光电隔离器件光电隔离器件典型器件：典型器件：HCPL-2200/2219HCPL-2200/221
12、9：驱动电流：驱动电流1.6mA1.6mA、通信速率、通信速率2.5Mb2.5MbHCPL-2300/0300HCPL-2300/0300：驱动电流：驱动电流0.5mA0.5mA、通信速率、通信速率8Mb8Mb 电源电源:多数情况下多数情况下 5V供电供电直接直接相连相连HCPL-2300/0300典型应用电路典型应用电路加速加速电容电容OC门驱动门驱动HCPL-2300/0300典型应用电路典型应用电路RS-485直接驱动直接驱动HCPL-2300/0300不平衡式电路不平衡式电路通信距离不宜超过通信距离不宜超过 100m波形失真波形失真：长导线导致：长导线导致长线驱动长线驱动应改用平衡式应
13、改用平衡式RS-485RS-485隔离接收电路隔离接收电路平衡式平衡式RS-485RS-485隔离接收电路隔离接收电路改善波形失真，信号品质大大提高，但电路复杂改善波形失真，信号品质大大提高，但电路复杂4.4.2 4.4.2 线接收器专用电路线接收器专用电路使用注意：勿须使用端接电阻，输入接至使用注意：勿须使用端接电阻，输入接至IN+IN+和和IN-IN-，输，输出出OCOC门应接上拉电阻。门应接上拉电阻。适用：使用适用：使用RS-485RS-485驱动的点对点应用驱动的点对点应用HCPL2602/12HCPL2602/12驱动实例：驱动实例：屏蔽双绞线屏蔽双绞线驱动光耦驱动光耦使用注意：勿须使用端接电阻，输入接至使用注意：勿须使用端接电阻，输入接至IN+IN+和和IN-IN-，输，输 出出OCOC门应接上拉电阻。门应接上拉电阻。适用：使用适用：使用RS-485RS-485驱动的点对点应用驱动的点对点应用通信质量通信质量最高最高使用差动驱动器驱动光耦实例使用差动驱动器驱动光耦实例差动驱动器差动驱动器