[发明专利]用于模拟光耦合器的输入保护电路

说明书

技术领域

以下所述的实施例涉及光耦合器，并且更具体地涉及一种用于模拟光耦合器的输入保护电路。

背景技术

工业装置可耦合到通信总线。使用该通信总线，工业装置可以与耦合到该通信总线的其它工业装置或设备通信。例如，流量测量和流量控制设备可耦合到承载材料的公共管线。流量测量和流量控制设备可通过通信总线相互通信以控制材料的属性。更具体地，流量测量设备可测量材料的属性并将测量提供给通信总线。流量控制设备可使用从通信总线获得的测量来控制材料的属性。

工业装置经常采用或暴露于高电压。另外，通信总线典型地包括电导体。结果，有可能高电压将电耦合到通信总线。这可以损坏耦合到通信总线的其它装置或设备，并造成灾难性事件。因此，许多安全规定要求通信总线与工业装置电隔离。安全规定也可指定用于电隔离的最小隔离额定电压。

光耦合器用于将通信总线与工业装置隔离。光耦合器采用隔离屏障。隔离屏障可以是具有最大隔离额定电压的透明电介质，该最大隔离额定电压可大于由安全规定指定的最小隔离额定电压。发光二极管（LED）在隔离屏障的一侧，并且光电二极管在隔离屏障的另一侧。LED例如可耦合到与工业装置通信的控制器，并且光电二极管可耦合到通信总线。隔离屏障的LED侧通常被称为非本质安全（non-IS）部分，并且隔离屏障的光电二极管侧通常被称为本质安全（IS）部分。

光耦合器容易出现不利地影响光耦合器的输入与输出之间的关系的问题。例如，来自光耦合器的输出可与施加到光耦合器的输入的电压或电流不线性相关。非线性度可由于LED对温度的敏感性、LED亮度的漂移等。

高线性度光耦合器可解决这些问题。高线性度光耦合器可在non-IS部分中包括反馈光电二极管。外部放大器可以与反馈光电二极管一起使用以监测LED的光输出，并自动调节LED电流以补偿LED的光输出的任何非线性度或变化。反馈放大器用于稳定化并线性化LED的光输出。

图1示出通信地耦合到光驱动器电路10的示范性光耦合器20，该光耦合器20可以是高线性度光耦合器。光驱动器电路10在输入IN处接收信号。该信号可以按任何适当的形式，但是为了讨论，在输入IN处接收的信号是脉宽调制（PWM）信号。光驱动器电路10可将PWM信号转换成可与PWM信号成比例的模拟信号。光驱动器电路10还可滤波和放大模拟信号，并将滤波和放大的模拟信号（“调节的信号”）提供给光耦合器20。

如图1中所示，调节的信号被提供给LED 22。LED 22响应于调节的信号而发光。第一光电二极管24和第二光电二极管26接收发出的光。隔离屏障28在LED 22与第二光电二极管26之间。因此，光耦合器20的输出OUT与输入IN电隔离。第一光电二极管24将反馈信号提供给放大器电路12。放大器电路12接收反馈信号并调整调节的信号。相应地，可控制从LED 22发出的光，以确保由LED 22发出的光与由放大器电路12接收的信号成比例。然而，即使采用光耦合器20，输出OUT与输入IN也不具有线性关系，如下面更详细地解释的。

安全规定还典型地将可施加到LED 22和第一光电二极管24的电压限制成最大电压。图2中所示的限压器14和16可限制施加到LED 22和第一光电二极管24的电压。如果施加到LED 22或第一光电二极管24的电压大于限压器14和16的击穿电压，限压器14、16被配置成将电流传导到地。限压器14和16的击穿电压可小于由安全规定指定的最大电压。

图3中示出限压器14和16的典型配置。在典型配置中，限压器14和16是齐纳二极管D1、D2、D3。齐纳二极管D1、D2、D3电耦合到LED 22和第一光电二极管24。如还可以看到的，光驱动器电路10还包括保护齐纳二极管D1、D2、D3的熔丝F1、F2、F3以及电阻器R1、R2、R3。低通滤波器（LPF）滤波在输入IN处接收的信号。

齐纳二极管D1、D2、D3在击穿电压以下不是理想的绝缘体。也就是说，齐纳二极管D1、D2、D3在操作电压下可具有泄漏电流，该泄漏电流可以随二极管的不同而变化。例如，第一齐纳二极管D1可具有小于通过第三齐纳二极管D3的泄漏电流的泄漏电流。这可以引起提供给LED 22的调节的信号变化。结果，输出OUT与输入IN不具有线性关系。

换句话说，由于图3中所示的齐纳二极管D1、D2、D3的配置，输入IN与输出OUT之间的关系不是线性的。相应地，需要用于模拟光耦合器的输入保护电路，并且特别是不引起提供给光耦合器的调节的信号的变化的输入保护电路。

发明内容