基于HCNR201的电压采集隔离电路设计
2．3 实验分析
在确定具体的参数后搭建电路，并对该电路进行验证。前端输入电压由微机电源经可变电阻分压后提供，电路的输入／输出电压经万用表测量后得出相应数据。隔离前后输入／输出电压的比较如表1所列。
由表1中的数据可以得到通过Matlab绘出的实际图形。输入／输出电压及其最小二乘拟合直线如图6所示。其中“口”表示理想状态下的数据点，“*”表示实测所对应的数据点，连线是最小二乘法对所测数据进行的拟合直线，该拟合直线的方程为y=0．9969x+0．0091，其最佳斜率为0．9969。
根据相对误差的定义，即测量的绝对误共模电感器差与被测量真值之比乘以100％所得的数值，其定义式为δ=△／L×100％。其中δ为相对误差(一般用百分数给出)；△为绝对误差；L为被测量真值。所以得到这组数据的相对误差的平均值为0．5％。
按照定义，拟合直线的线性度(即非线性误差)为测量曲线与拟合直线的最大偏差和满量程输出的百分比，由Matlab可以得到该电路的非线性误差为0．02％。
线性光耦HCNR201的理想非线性误差为0．01％，而实际隔离电路的非线性误差为0．02％，原因主要有以下几点：
①电源误差。实验过程中隔离前后的供电电源是由两台微机电源提供，微机电源本身提供的电压±15 V是存在偏差的。
②其他器件误差。组成该隔离电路的器件的非线性度、稳定性以及精确度也影响了电路的线性度。
③环境影响。实验过程中环绕行电感器境因素对电路中其他器件的影响，如温湿度对器件温漂的影响等。
根据上述原因，改善的措施有：
①供电电源由DC-DC电源高频电感模块来提供，DC-DC具有电源效率高、发热量小、输出电压稳定和纹波小等特点。
②更改组成隔离电路的器件。例如，可以采用精密的OP-97类型的运算放大器，能够提供pA级的偏置电流和mV级的偏移电压；另外，根据HCNR201的数据手册，可以在运算放大器和光电模压电感二极管的输入端用开尔文连接法来连接，以确保电路的精确度。
3 方案改进
3．1 改变供电电源
下面改变电路的供电电源对电路进行验证，用2个由24 V转换为±15 V的DC-DC来为该隔离电路进行供电，改变供电电源时隔离前后输入／输出电压的比较如表2所列。
从表2中可以看出，通过使用DC-DC为电路供电后，输入电压和输出电压之间的误差已经大大减小。经改进后的数据的相对误差的平均值为0．3％，其非线性误差改变不明显，说明改变供电电源对电路的线性度影响不大，所以采取另外一种方法——替换电路中的运算放大器，来验证电路的线性度能不能大幅提升。
3．2 更换器件
考虑到改变DC-DC仍然不能大大缩短隔离电路的非线性误差和器件线性度的距离，采用OP27的运放来代替TL082，OP27是具有低噪声、低漂移、高速、高开环增益和高性能等特点的超低噪声精密单运放，用其替代运算放大器TL082后得到的数据如表3所列。
经实验证明，用运算放大器OP27替换电路中的TL082使得输入电压和输出电压之间的误差大大减小，利用这组数据经Matlab可以进行直线拟合，并能够得到拟合直线的斜率、截距以及线性度(即非线性误差)等。其中，该拟合直线的斜率为0.9997，截距为0.00041，其非线性误差为0.015％。由表3可知电路的误差已经非常小，并且考虑到若干元件构成电路时非线性误差会增大，所以该电路的线性度已经比较理想了。
结语
由上述实验中的数据及图形可以得一体电感出，由HCNR201及其外围器件组成的隔离电路由于受到供电电源误差、其他器件误差以及环境冈素的影响而导致电路线性度不理想的情况可以改善。通过将供电电源由微机电源更换为DC-DC电源，以及将其他器件更换为精密器件来提高隔离电路的线性度和精度。同时，经现场使用证明，本文给出的电压测量电路能够对电动汽车中的锂电池进行安全、准确的电压采集，也充分利用了光耦继电器AQW214的各个特点；基于线性光耦HCNR201的电压隔离电路实现了高稳定性和线性度的信号隔离，因此，该电路也可广泛地应用在各数据采集的输入／输出电路中。
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