Изолирующие усилители с автономным питанием, не требующие внешнего изолированного источника, обеспечивают универсальные и удобные интерфейсы во многих приложениях, требующих гальванической развязки источника сигнала. Примерами таких приложений может служить промышленное или медицинское оборудование, где изоляция необходима для снижения уровня шума или для выполнения требований безопасности. Сигнальные тракты этих усилителей можно изолировать различными методами. Распространенными вариантами являются схемы, основанные на трансформаторах, дифференциальных конденсаторах и оптоизоляторах. Для внутреннего изолированного источника питания трансформаторная связь практически универсальна, несмотря на проблемы, присущие схемам с индуктивной связью. Эти проблемы включают относительно высокую паразитную межобмоточную емкость и возможность наложения коммутационных помех на сигнал. Представленный на Рисунке 1 усилитель с автономным питанием отличается тем, что использованные в нем оптоизоляторы обеспечивают передачу через изолирующий барьер как сигнала, так и питания.
 |
|
| Рисунок 1. | Будучи практически вечным двигателем (при наличии света), этот усилитель с автономным питанием обеспечивает полную гальваническую развязку по питанию и сигналу. |
Как и во многих других конструкциях изолирующих усилителей, для обработки сигналов в схеме на Рисунке 1 используется ШИМ. Входная цепь изолированного модулятора заимствована из более ранней конструкции АЦП и работает следующим образом. Компаратор IC1 сравнивает отфильтрованный входной сигнал VIN размахом ±1 В с напряжением на конденсаторе C1. RC-цепочка R4C4 сглаживает выходной сигнал микросхемы IC1, а компаратор IC2 сравнивает сглаженный сигнал с выходными треугольными импульсами микросхемы IC3 частотой приблизительно 1 кГц. Элементы R1, R2 и C1 масштабируют и усредняют результирующие прямоугольные импульсы с переменным коэффициентом заполнения и подают сигнал обратно на вход IC1. Эта цепь обратной связи постоянно подстраивает коэффициент заполнения выходных импульсов усилителя IC2, чтобы поддерживать равные напряжения на конденсаторах C1 и C2. При этом обратная связь заставляет выходные прямоугольные импульсы компаратора IC2 отслеживать оригинальный коэффициент заполнения T+/(T+ + T–), поддерживающий баланс на входах микросхемы IC1.
Конденсатор C5 дифференцирует выходные прямоугольные импульсы усилителя IC2, чтобы использовать их для управления включенными встречно-параллельно светодиодами в быстродействующем оптоизоляторе OI2 с малыми входными токами. В свою очередь, оптоизолятор OI2 формирует импульсы, привязанные к земле. Довольно необычный RS-триггер, образованный перекрестно соединенными коммутаторами S1 и S2, преобразует эти сигналы обратно в прямоугольные импульсы логического уровня, имеющие тот же коэффициент заполнения, что и выходные импульсы усилителя IC2. Для точного воспроизведения исходного аналогового сигнала демодуляция и фильтрация прямоугольных импульсов выполняются с помощью однополюсного двухпозиционного переключателя S3, который коммутирует опорное напряжение V2, равное 2.500 В, в соответствии с коэффициентом заполнения T+/(T+ + T–) прямоугольных импульсов. Затем фильтр нижних частот на микросхеме IC5 с коэффициентом усиления два выделяет постоянную составляющую выходного сигнала коммутатора S3, имеющего размах от 0 до 2.5 В, масштабирует ее и смещает, чтобы получить сигнал VOUT размахом ±2.5 В с низким уровнем пульсаций, соответствующий формуле
Питание на изолированную часть усилителя поступает от OI1 – фотоэлектрической оптопары PVI5100. Предлагаемый рынку как изолированный драйвер затворов MOSFET, оптоизолятор PVI5100 может отдавать ток приблизительно 20 мА при напряжении 4 В (80 мВт), что вполне достаточно для поддержания работоспособности анорексичного компаратора LTC1443. На микросхеме IC4 собран шунтовой регулятор, масштабирующий и стабилизирующий выходное напряжение 4 В оптоизолятора OI1 относительно напряжения 1.2 В±1% (V1) внутреннего источника опорного напряжения микросхемы LTC1443. Общая полоса пропускания составляет от 0 до 10 кГц, а входное сопротивление имеет порядок 1 ТОм при токе смещения менее 1 пА. Таким образом, схема может обеспечить хорошую общую точность при использовании высокоомных источников входного сигнала. Ошибки усиления и смещения путем подстройки можно уменьшить до нуля, а превосходные характеристики дрейфа микросхемы LTC1443 сохранят настройки при изменении температуры.
Купить LMC7101 на РадиоЛоцман.Цены
