模拟光电隔离电路HCPL-7840在闪光焊逆变电源中的应用

王志伟，易琼

(1.湖南铁道职业技术学院电气工程系，湖南株洲412001；2.南车集团株洲电力机车有限公司技术中心，湖南株洲412001)

模拟光电隔离电路HCPL-7840在闪光焊逆变电源中的应用

王志伟1，易琼2

(1.湖南铁道职业技术学院电气工程系，湖南株洲412001；2.南车集团株洲电力机车有限公司技术中心，湖南株洲412001)

介绍了模拟光电隔离电路HCPL－7840，并结合闪光焊专用逆变电源样机设计实例，说明HCPL－7840在采样电路中的作用，实验证明，该电路采样精度高、系统结构简单、价格低。

HCPL－7840；闪光焊逆变电源；交直流采样

0 前言

移动式钢轨闪光焊晶闸管方波逆变电源具有焊接波形优良、耐受短路电流能力大、输出功率大、负载三相平衡、结构相对简单等优点。为了控制方波逆变电源的输出功率和保护的需要，需对直流母线电压、直流母线电流以及焊接输出波形进行高精度采样和处理。通常的方波逆变电源采用分流器／分压器、直流互感器或者霍尔传感器采样信号，这几种方式各有缺点：分流器／分压器采样的信号不能隔离强电信号；直流互感器虽然能隔离强电信号，但外围电路复杂；霍尔传感器精度高，采样带宽宽，但价格昂贵。在此采用模拟光电隔离电路对闪光焊系统信号进行采样，具有精度高、成本低、采样带宽宽、调试简单等优点。

1 模拟光电隔离电路HCPL－7840基本原理

HCPL－7840为美国Agilent公司生产(现为美国AVAGO公司生产)的高精度宽带低价格模拟光电隔离电路，其内部功能框图如图1所示。

图1 HCPL－7840模拟隔离电路内部功能框图

它采用Σ－Δ采样和转换技术，这种技术实质上是用高精度线性PWM转换电路将输入连续变化的模拟信号转变为脉冲宽度可调的PWM方波，并通过数字光电隔离将对应的PWM信号隔离传送至光电隔离电路的输出端，通过斩波稳零放大器进行高精度PWM－差分D／A变换，并通过全差分放大电路输出，在HCPL－7840的输出端得到与输入端模拟信号线性对应的差分信号。

HCPL－7840内部功能示意如图2所示。由图2可知，除芯片的一、二次侧采用独立供电外，HCPL－7840内部光电隔离与一般光电耦合器隔离电路相比，在光通路里多了一个接地的电磁屏蔽层，这种结构可降低光电隔离端两侧的寄生耦合电容，大大提高芯片的隔离抑制比和抗干扰性能。另外，该芯片采用0.8 μ m CMOS工艺制造，使得HCPL－7840的体积符合标准DIP－8，而线性度可达0.004%，其采样信号带宽可达100 kHz，最高工作隔离电压可达891 V DC①5965－8976EN，Agilent公司，1999：1－6.。

图2 HCPL－7840内部功能示意

HCPL－7840的优良特性使其非常适合于在检测信号剧烈变化且电磁干扰剧烈的闪光焊方波逆变系统中作为隔离采样器件使用。HCPL－7840额定输入采样电压为±200 mV，可使用分压器和分流器对电压和电流信号进行采样，并可采样交变信号。由于其体积很小，可直接安装在PCB板上，大大缩小了控制板的体积。由于其隔离电压很高，可在闪光焊逆变电源三相整流电路输出端和逆变输出端采样信号。

2 模拟光电隔离电路HCPL－7840在闪光焊逆变电源中的应用

HCPL－7840在移动式钢轨闪光焊机晶闸管方波逆变电源的直流母线上直流电压和直流电流的隔离采样电路以及逆变输出端测量方波交流输出电压波形的电路如图3所示。IC1、IC2两个HCPL－7840采用共地连接的模式，其最大优点是可共用芯片一次侧隔离稳压电源，且测量精度不受影响，从而简化电路设计，提高系统可靠性。

图3 HCPL－7840在移动式钢轨闪光焊机晶闸管方波逆变电源中的应用

由于方波逆变焊机输出负载变化剧烈，故输出方波会产生很大畸变，为精确采样焊接电压波形，要求隔离检测元件有很宽的带宽和良好的线性度，IC3用HCPL－7840可实时采样方波交流焊接波形。此时要求逆变输出采样的HCPL－7840一次侧供电电源与直流采样电路供电电源隔离，由于HCPL－7840的两隔离端功耗仅为25 mW，故可采用微型工频电源变压器或者微型高频隔离开关电源对一次侧供电，数据采集系统设计可以适当简化②5988－4082EN，Agilent公司，2002：65－68.。

3 结论

从上述分析和微型闪光焊样机实验可以发现，模拟光电隔离电路HCPL－7840由于其优良的采样和隔离特性及高精度，可用于稳态信号和瞬变信号的精确采样，且其电路结构简单，价格低，可在闪光焊系统中大量推广应用。

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

book=6,ebook=52

TG434.1

B

1001－2303(2012)06－0085－02

2011－09－28

王志伟(1973—)，男，湖南湘潭人，讲师，硕士，主要从事钢轨闪光焊系统供电电源及特种电力电子装置的研制和教学工作。