王志偉，易瓊

(1.湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，湖南株洲412001；2.南車集團(tuán)株洲電力機(jī)車有限公司技術(shù)中心，湖南株洲412001)

模擬光電隔離電路HCPL-7840在閃光焊逆變電源中的應(yīng)用

王志偉1，易瓊2

(1.湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，湖南株洲412001；2.南車集團(tuán)株洲電力機(jī)車有限公司技術(shù)中心，湖南株洲412001)

介紹了模擬光電隔離電路HCPL－7840，并結(jié)合閃光焊專用逆變電源樣機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例，說明HCPL－7840在采樣電路中的作用，實(shí)驗(yàn)證明，該電路采樣精度高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價格低。

HCPL－7840；閃光焊逆變電源；交直流采樣

0 前言

移動式鋼軌閃光焊晶閘管方波逆變電源具有焊接波形優(yōu)良、耐受短路電流能力大、輸出功率大、負(fù)載三相平衡、結(jié)構(gòu)相對簡單等優(yōu)點(diǎn)。為了控制方波逆變電源的輸出功率和保護(hù)的需要，需對直流母線電壓、直流母線電流以及焊接輸出波形進(jìn)行高精度采樣和處理。通常的方波逆變電源采用分流器／分壓器、直流互感器或者霍爾傳感器采樣信號，這幾種方式各有缺點(diǎn)：分流器／分壓器采樣的信號不能隔離強(qiáng)電信號；直流互感器雖然能隔離強(qiáng)電信號，但外圍電路復(fù)雜；霍爾傳感器精度高，采樣帶寬寬，但價格昂貴。在此采用模擬光電隔離電路對閃光焊系統(tǒng)信號進(jìn)行采樣，具有精度高、成本低、采樣帶寬寬、調(diào)試簡單等優(yōu)點(diǎn)。

1 模擬光電隔離電路HCPL－7840基本原理

HCPL－7840為美國Agilent公司生產(chǎn)(現(xiàn)為美國AVAGO公司生產(chǎn))的高精度寬帶低價格模擬光電隔離電路，其內(nèi)部功能框圖如圖1所示。

圖1 HCPL－7840模擬隔離電路內(nèi)部功能框圖

它采用Σ－Δ采樣和轉(zhuǎn)換技術(shù)，這種技術(shù)實(shí)質(zhì)上是用高精度線性PWM轉(zhuǎn)換電路將輸入連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖寬度可調(diào)的PWM方波，并通過數(shù)字光電隔離將對應(yīng)的PWM信號隔離傳送至光電隔離電路的輸出端，通過斬波穩(wěn)零放大器進(jìn)行高精度PWM－差分D／A變換，并通過全差分放大電路輸出，在HCPL－7840的輸出端得到與輸入端模擬信號線性對應(yīng)的差分信號。

HCPL－7840內(nèi)部功能示意如圖2所示。由圖2可知，除芯片的一、二次側(cè)采用獨(dú)立供電外，HCPL－7840內(nèi)部光電隔離與一般光電耦合器隔離電路相比，在光通路里多了一個接地的電磁屏蔽層，這種結(jié)構(gòu)可降低光電隔離端兩側(cè)的寄生耦合電容，大大提高芯片的隔離抑制比和抗干擾性能。另外，該芯片采用0.8 μ m CMOS工藝制造，使得HCPL－7840的體積符合標(biāo)準(zhǔn)DIP－8，而線性度可達(dá)0.004%，其采樣信號帶寬可達(dá)100 kHz，最高工作隔離電壓可達(dá)891 V DC①5965－8976EN，Agilent公司，1999：1－6.。

圖2 HCPL－7840內(nèi)部功能示意

HCPL－7840的優(yōu)良特性使其非常適合于在檢測信號劇烈變化且電磁干擾劇烈的閃光焊方波逆變系統(tǒng)中作為隔離采樣器件使用。HCPL－7840額定輸入采樣電壓為±200 mV，可使用分壓器和分流器對電壓和電流信號進(jìn)行采樣，并可采樣交變信號。由于其體積很小，可直接安裝在PCB板上，大大縮小了控制板的體積。由于其隔離電壓很高，可在閃光焊逆變電源三相整流電路輸出端和逆變輸出端采樣信號。

2 模擬光電隔離電路HCPL－7840在閃光焊逆變電源中的應(yīng)用

HCPL－7840在移動式鋼軌閃光焊機(jī)晶閘管方波逆變電源的直流母線上直流電壓和直流電流的隔離采樣電路以及逆變輸出端測量方波交流輸出電壓波形的電路如圖3所示。IC1、IC2兩個HCPL－7840采用共地連接的模式，其最大優(yōu)點(diǎn)是可共用芯片一次側(cè)隔離穩(wěn)壓電源，且測量精度不受影響，從而簡化電路設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)可靠性。

圖3 HCPL－7840在移動式鋼軌閃光焊機(jī)晶閘管方波逆變電源中的應(yīng)用

由于方波逆變焊機(jī)輸出負(fù)載變化劇烈，故輸出方波會產(chǎn)生很大畸變，為精確采樣焊接電壓波形，要求隔離檢測元件有很寬的帶寬和良好的線性度，IC3用HCPL－7840可實(shí)時采樣方波交流焊接波形。此時要求逆變輸出采樣的HCPL－7840一次側(cè)供電電源與直流采樣電路供電電源隔離，由于HCPL－7840的兩隔離端功耗僅為25 mW，故可采用微型工頻電源變壓器或者微型高頻隔離開關(guān)電源對一次側(cè)供電，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以適當(dāng)簡化②5988－4082EN，Agilent公司，2002：65－68.。

3 結(jié)論

從上述分析和微型閃光焊樣機(jī)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，模擬光電隔離電路HCPL－7840由于其優(yōu)良的采樣和隔離特性及高精度，可用于穩(wěn)態(tài)信號和瞬變信號的精確采樣，且其電路結(jié)構(gòu)簡單，價格低，可在閃光焊系統(tǒng)中大量推廣應(yīng)用。

Application of analog opo－electrical insolation circuit HCPL－7840 in inventer flash－butt－welding power source

WANG Zhi－wei1，YI Qiong2
(1.Hu'nan Railway Professional Technology College Electrical Engineering Faculty，Zhuzhou 412001，China；2.Technical Center，CSR Zhuzhou electric locomotive Co.，Ltd.，Zhuzhou 412001，China)

This article introduction a analog Opto－Isolate circuit HCPL－7840，from analyze flash butt welding inverter model machine，figure out the effect of HCPL－7840 in sample－circuit，and get good result in precision sample，simple system structure，low price.

HCPL－7840；inventer flash－butt－welding power source；AC／DC sample

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TG434.1

B

1001－2303(2012)06－0085－02

2011－09－28

王志偉(1973—)，男，湖南湘潭人，講師，碩士，主要從事鋼軌閃光焊系統(tǒng)供電電源及特種電力電子裝置的研制和教學(xué)工作。