环路报警器的光供电和隔离电路设计

　　低功率、绝缘隔离电源对于工业传感器是很有用的，如用于简单的环路报警器。在50/60Hz变压器用在功率低到0.25VA时，在只需要几毫瓦的情况下这也是多余的。高频铁氧体或电容耦合变压器是可能达到的，但需要振荡器驱动。光供电是一种有吸引力的选择方案。

   　　IR公司的PVI5100  5V  10mA隔离电源刚好是为这种应用设计的，但若你自己设计，可以产生更大的电流。图1的电路是用3个硅光电二极管(IR LED)串联产生耦合毫安光电流，这对于长电路环路(包括隔离返回通路标准光耦合器LED)的健全驱动是足够的。由5V电源22mA驱动的880nm SFH487 LED与3个BPW34光电二极管一起产生开路电压(Voc)1.45V和短路电流(Isc)1.85mA(图2)。连接到TLP627光偶合器得到大约1.55mA工作环路电流，这对于驱动光晶体管(带10K或1K负载电阻器)到饱和是足够的。开路的外部电路从光电晶体管得到5V输出。电阻器OR不是完全必要的，但有助于稳定外部电流随温度的变化。2个光电二极管对于驱动光耦合器LED所需的端电压是不够的。注意，总的光电流等于单个光电二极管的最小限值，所以力图平衡发光功率。
   
   图1 环路报警器的光供电和隔离电路
   　　太阳能电池可用以替代3个光电二极管，但光电二极管对于高强宽波段环境光是最佳的，用IR LED发光通常运行不好。更小的硅光电二极管对于捕获大多数LED光是足够的并在接近900nm达到大约0.6mA/mW响应度。为使耦合最佳，在线连接500mm内去掉LED透镜。无透镜类型(如LD242系列)能避免精加工。若需要高电压隔离，则让透镜放着，保持“蠕变”距离并改进与玻璃管波导的耦合。
   
   图2 光电二极管电流与电压关系
   　　可用单对可见波长LED替代3个GaAs LED和硅光电二极管链，其中1个用做光源、另1个用做检测器。可见光LED做为检测器的好处是它有相当高的开路光压。红光和绿光LED可分别产生大于1V和2V光压。用一对面对面的660nm LED可得到1.4V Voc，这对于驱动1个GaAs光耦合器LED是足够的，但Isc只有30mA。然而，在1MΩ负载上得到几微安是足够的，这如同采用PVI5100。光源调制和适合的互阻抗电路放在光耦合器后面可使其更加健全。