改进光耦电路 减少电流消耗 延缓LED老化

    改进光耦电路，可以提升零电压测量的精度。

    有不同潜路工作的电路中，用光耦建立电流隔离看上去似乎很简单。光耦从隔离电路中获取能量，由于LED老化，开关相对慢且不稳定。若不用光耦，可使用如Analog Devices公司的ADUM12xx或Texas Instruments 公司的ISO72x替代。本设计方案阐述了一个简单改进光耦电路的方法。

    图1显示了两个通用的0V同步交流设计。通过光耦负载电阻的减少，开关变得更慢更不确定，但减少了光耦的LED电流，尝试减少隔离电路中的能量消耗。为实现更快更迅速的开关，将不得不牺牲能量效率；然而，由于能量效率和交流电压大小的反向关系，这个牺牲的好处是有限的。

    光耦的LED在近似全交流循环过程中超乎寻常的几乎连续发光，导致功耗效率低，且使光耦老化得相对较快：一个显著的缺点是过原点误差过大且几乎不可控；电路的灵敏度范围依靠光耦的参数。图1的设计不是一个理想方案。就效率而言，依靠光耦的电流转换率和交流幅值，它们能输出5到100 mA。

    图2的设计克服了能耗过大、不确定开关和LED老化的问题。它非常适用于宽交流范围的应用。与图1的电路相比，图2的LED只在过原点附近发光，且由前置充电电容接收能量，所以通过10到100的因数减少平均电流消耗。设计也提供更快、更确定和更敏锐的开关。更甚者，希望延缓LED老化。图1中电阻R1和R2消耗的热功率不小于1.5W，所以在同一电路板区域用0.1W设备替换外部器件（图2）。

    电路的主要部分由幅值检波器D1、电容C1和Schmitt触发器Q1/Q2组成，控制流过光耦的LED电流。D2和D3稳定Q2的基电压，从而其集电极电流驱动光耦。电容C1通过R1、R2和D1充电。

    几乎所有交流周期中，除了过原点附近，Q1为开，Q2为关。然后，接近过原点时， 
Schmitt触发器Q1和Q2的状态改变，Q2以恒定的电流卸放电容C1，因为由Q2、D2、D3、R5和R6组成的电路按I=(2×VD–VBE2)/R6稳定电流，在这里VD为D2或D3上的电压降，VBE2为Q2的基射极电压。

    一些应用不需要Schmitt触发器固有的磁滞性；图3显示了这样的一个设计。它也显示了怎样处理不需要的D1最小反转电流。然而，电路更适用于纯同步和非晶闸管控制。由于LED电流的稳定性，这些设计使输入交流电压的范围扩大，其有利于多标准交流供电设计；有机会在LED没有过载危险的情况下设置LED电流；减少光耦不稳定的影响。这样设计的另一个优势为其固有更安全的特性。在其终端短路的情况下，光耦在隔离与非隔离侧之间传递的电流比图1电路中少10到100倍。光耦也有优势。由于低占空比，可以不损失功率而任意减少光耦负载电阻R8的值。这个减少将使过原点误差降低。