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文檔簡介

詳解光耦的重要參數(shù)一一CTR值也:發(fā)光管的電流和光敏三極管的電流比的最小值。隔離電壓:發(fā)光管和光敏三極管的隔離電壓的最小值。光耦的技術(shù)參數(shù)主要有發(fā)光二極管正向壓降VF、正向電流IF、電流傳輸比CTR、輸入級(jí)與輸出級(jí)之間的絕緣電阻、集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓V(BR)CEO、集電極-發(fā)射極飽和壓降VCE(sat)。此外,在傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)還需考慮上升時(shí)間、下降時(shí)間、延遲時(shí)間和存儲(chǔ)時(shí)間等參數(shù)。集電極-發(fā)射極電壓:集電極-發(fā)射極之間的耐壓值的最小值光耦什么時(shí)候?qū)?什么時(shí)候截至?普通光耦合器的CTR-IF特性曲線呈非線性,在IF較小時(shí)的非線性失真尤為嚴(yán)重,因此它不適合傳輸模擬信號(hào)。線性光耦合器的CTR-IF特性曲線具有良好的線性度,特別是在傳輸小信號(hào)時(shí),其交流電流傳輸比(ACTR=AIC/AIF)很接近于直流電流傳輸比CTR值。因此,它適合傳輸模擬電壓或電流信號(hào),能使輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。這是其重要特性。電流傳輸比是光耦合器的重要參數(shù),通常用直流電流傳輸比來表示。當(dāng)輸出電壓保持恒定時(shí),它等于直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比。采用一只光敏三極管的光耦合器,CTR的范圍大多為20%?300%(如4N35),而pc817則為80%?160%,臺(tái)灣億光(如EL817)可達(dá)50%?600%。這表明欲獲得同樣的輸出電流,后者只需較小的輸入電流。因此,CTR參數(shù)與晶體管的hFE有某種相似之處。使用光電耦合器主要是為了提供輸入電路和輸出電路間的隔離,在設(shè)計(jì)電路時(shí),必須遵循下列所選用的光電耦合器件必須符合國內(nèi)和國際的有關(guān)隔離擊穿電壓的標(biāo)準(zhǔn);由臺(tái)灣億光生成生產(chǎn)的EL817系列(如EL817B-F、EL817C-F)光耦合器,目前在國內(nèi)應(yīng)用地十分普遍。鑒于此類光耦合器呈現(xiàn)開關(guān)特性,其線性度差,適宜傳輸數(shù)字信號(hào)(高、低電平),可以用于單片機(jī)的輸出隔離;所選用的光耦器件必須具有較高的耦合系數(shù)。??VCE=5V在開關(guān)電源的隔離中,以及設(shè)計(jì)光耦反饋式開關(guān)電源時(shí)必須正確選擇線性光耦合器的型號(hào)及參數(shù),除了必須遵循普通光耦的選取原則外,還必須遵循下列原則:1、 推薦采用線性光耦合器,其特點(diǎn)是CTR值能夠在一定范圍內(nèi)做線性調(diào)整2、 光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許范圍是50%?200%。這是因?yàn)楫?dāng)CTR<50%時(shí),光耦中的LED就需要較大的工作電流(IF>5.0mA),才能正??刂茊纹_關(guān)電源IC的占空比,這會(huì)增大光耦的功耗。若CTR>200%,在啟動(dòng)電路或者當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時(shí),有可能將單片開關(guān)電源誤觸發(fā),影響正常輸出。3、 若用放大器電路去驅(qū)動(dòng)光電耦合器,必須精心設(shè)計(jì),保證它能夠補(bǔ)償耦合器的溫度不穩(wěn)定性和漂移。以下是億光光電耦合器EL817的一些參數(shù):ModelNo.RankmarkCTR(%)ConditionEL81750to600If=5mAVCE=5VTfl=25°CELS17L50to100ELS17A80to160ELS17B130to260ELS17C200to400EL817D300to600光耦是否可以近似看做成一個(gè)帶隔離功能的三級(jí)管呢?槽型光耦也被工程技術(shù)人員稱作槽型光電開關(guān)或者對(duì)射式光電開關(guān),也是以光為媒體,由發(fā)光體與受光體間的光路遮擋或由反射光的光亮變化為信號(hào),檢測(cè)物體的位置、有無等的裝置。槽型光耦也是由一個(gè)紅外線發(fā)射管與一個(gè)紅外線接收管組合而成。它與接近開關(guān)同樣是無接觸式的,受檢測(cè)體的制約少,且檢測(cè)距離長,應(yīng)用廣泛。1引言光耦作為一個(gè)隔離器件已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,無處不在。一般大家在初次接觸到光耦時(shí)往往感到無從下手,不知設(shè)計(jì)對(duì)與錯(cuò),隨著遇到越來越多的問題,才會(huì)慢慢

有所體會(huì)。本文就三個(gè)方面對(duì)光耦做討論:光耦工作原理;光耦的CTR概念;光耦的延時(shí)。本討論也有認(rèn)識(shí)上的局限性,但希望能幫助到初次使用光耦的同事。1理解光耦光耦是隔離傳輸器件,原邊給定信號(hào),副邊回路就會(huì)輸出經(jīng)過隔離的信號(hào)。對(duì)于光耦的隔離容易理解,此處不做討論。以一個(gè)簡單的圖(圖.1)說明光耦的工作:原邊輸入信號(hào)Vin,施加到原邊的發(fā)光二極管和Ri上產(chǎn)生光耦的輸入電流If,If驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管,使得副邊的光敏三極管導(dǎo)通,回路VCC、RL產(chǎn)生Ic,Ic經(jīng)過RL產(chǎn)生Vout,達(dá)到傳遞信號(hào)的目的。原邊副邊直接的驅(qū)動(dòng)關(guān)聯(lián)是CTR(電流傳輸比),要滿足IcWIf*CTR。圖.1。OVccVimoOVcc光耦一般會(huì)有兩個(gè)用途:線性光耦和邏輯光耦,如果理解?工作在開關(guān)狀態(tài)的光耦副邊三極管飽和導(dǎo)通,管壓降<0.4V,Vout約等于Vcc(Vcc-0.4V左右),Vout大小只受Vcc大小影響。此時(shí)Ic<If*CTR,此工作狀態(tài)用于傳遞邏輯開關(guān)信號(hào)。工作在線性狀態(tài)的光耦,Ic=If*CTR,副邊三極管壓降的大小等于Vcc-Ic*RL,Vout=Ic*RL=(Vin-1.6V)/Ri*CTR*RL,Vout大小直接與Vin成比例,一般用于反饋環(huán)路里面(1.6V是粗略估計(jì),實(shí)際要按器件資料,后續(xù)1.6V同)。對(duì)于光耦開關(guān)和線性狀態(tài)可以類比為普通三極管的飽和放大兩個(gè)狀態(tài)。

比較項(xiàng)目光耦三極管電路圖ViNo Ri:0 1■匕二L77 0Vcc 0VoutjRi仍■o-VA-LV 0Vcc]FL1 0VOLTTr,Icr前一電流If(=(Vin-l.6)/Wlb(=(Vin-0.6)/Ri)電流限制條件IcWCTRtlfIcWE*lb理解iIf確定,光耦副邊電流通道A小確定「實(shí)際的Ic不能大于該通道理岷功確定,二極管制邊電流通道人小輸定,實(shí)除的"不能大于該通道飽和/開關(guān)狀態(tài)當(dāng)良阻值大時(shí),Vcc/Rl<cnttif光耦導(dǎo)通時(shí),VoutJ0V當(dāng)氏阻值大時(shí),Vcc/K<0+lbM極管導(dǎo)通時(shí),Vout'0V放大/線性狀態(tài)當(dāng)良阻值小時(shí).Vcc/Rl>CTR*If此時(shí),光耦副邊會(huì)提高光敏三極.管的導(dǎo)通壓降,限制實(shí)際的Ic:在電滿通道內(nèi)(IcrCTR*If),光耦導(dǎo)通時(shí),而輸出大小與歸一有線性關(guān)系.當(dāng)良阻值小時(shí).Vcc/K〉B*lb此時(shí),三極管會(huì)提高管壓降,限制實(shí)際的Ic■任電渝訕道內(nèi)(金=0*IbLM校管導(dǎo)翅葉,言砒輸擊大小寫巧口有線性關(guān)系。所以通過分析實(shí)際的電路,除去隔離因素,用分析三極管的方法來分析光耦是一個(gè)很有效的方法。此方法對(duì)于后續(xù)分析光耦的CTR參數(shù),還有延遲參數(shù)都有助于理解。2光耦CTR概要:對(duì)于工作在線性狀態(tài)的光耦要根據(jù)實(shí)際情況分析;對(duì)于工作在開關(guān)狀態(tài)的光耦要保證光耦導(dǎo)通時(shí)CTR有一定余量;CTR受多個(gè)因素影響。2.1光耦能否可靠導(dǎo)通實(shí)際計(jì)算舉例分析,例如圖.1中的光耦電路,假設(shè)Ri=1k,Ro=1k,光耦CTR=50%,光耦導(dǎo)通時(shí)假設(shè)二極管壓降為1.6V,副邊三極管飽和導(dǎo)通壓降Vce=0.4V。輸入信號(hào)Vi是5V的方波,輸出Vcc是3.3V。Vout能得到3.3V的方波嗎?我們來算算:If=(Vi-1.6V)/Ri=3.4mA副邊的電流限制:Ic’WCTR*If=1.7mA假設(shè)副邊要飽和導(dǎo)通,那么需要Ic’=(3.3V-0.4V)/1k=2.9mA,大于電流通道限制,所以導(dǎo)通時(shí),Ic會(huì)被光耦限制到1.7mA,Vout=Ro*1.7mA=1.7V所以副邊得到的是1.7V的方波。為什么得不到3.3V的方波,可以理解為圖.1光耦電路的電流驅(qū)動(dòng)能力小,只能驅(qū)動(dòng)1.7mA的電流,所以光耦會(huì)增大副邊三極管的導(dǎo)通壓降來限制副邊的電流到1.7mA。解決措施:增大If;增大CTR;減小Ic。對(duì)應(yīng)措施為:減小Ri阻值;更換大CTR光耦;增大Ro阻值。將上述參數(shù)稍加優(yōu)化,假設(shè)增大Ri至0200歐姆,其他一切條件都不變,Vout能得到3.3V的方波嗎?重新計(jì)算:If=(Vi-1.6V)/Ri=17mA;副邊電流限制Ic’WCTR*If=8.5mA,遠(yuǎn)大于副邊飽和導(dǎo)通需要的電流(2.9mA),所以實(shí)際Ic=2.9mA。所以,更改Ri后,Vout輸出3.3V的方波。開關(guān)狀態(tài)的光耦,實(shí)際計(jì)算時(shí),一般將電路能正常工作需要的最大Ic與原邊能提供的最小If之間Ic/If的比值與光耦的CTR參數(shù)做比較,如果Ic/IfWCTR,說明光耦能可靠導(dǎo)通。一般會(huì)預(yù)留一點(diǎn)余量(建議小于CTR的90%)。工作在線性狀態(tài)令當(dāng)別論。2.2CTR受那些因素影響上一節(jié)說到設(shè)計(jì)時(shí)要保證一定CTR余量。就是因?yàn)镃TR的大小受眾多因素影響,這些因素之中既有導(dǎo)致CTR只離散的因素(不同光耦),又有與CTR有一致性的參數(shù)(殼溫/If)。1)光耦本身:以8701為例,CTR在Ta=25°C/If=16mA時(shí),范圍是(15%~35%)說明8701這個(gè)型號(hào)的光耦,不論何時(shí)/何地,任何批次里的一個(gè)樣品,只要在Ta=25C/If=16mA這個(gè)條件下,CTR是一個(gè)確定的值,都能確定在15%~35%以內(nèi)。計(jì)算導(dǎo)通時(shí),要以下限進(jìn)行計(jì)算,并且保證有余量。計(jì)算關(guān)斷時(shí)要以上限。2)殼溫影響:Ta=25°C條件下的CTR下限確定了,但往往產(chǎn)品里面溫度范圍比較大,比如光耦會(huì)工作在(-5?75C)下,此種情況下CTR怎么確定?還是看8701的手冊(cè):有Ta-CTR關(guān)系圖:從圖中看出,以25度的為基準(zhǔn),在其他條件不變的情況下,-5度下的CTR是25度下的0.9倍左右,75度下最小與25度下的CTR持平。所以在16mA/(-5~75C)條件下,8701的CTR最小值是15%*0.9=13.5%受If影響。假設(shè)如果實(shí)際的If是3.4mA,那么如何確定CTR在If=3.4mA/Ta=(-5~75C)條件下的最小CTR值。查看8701的If-CTR曲線。圖中給出了三條曲線,代表抽取了三個(gè)樣品做測(cè)試得到的If-CTR曲線,實(shí)際只需要一個(gè)樣品的曲線即可。注:此圖容易理解為下限/典型/上限三個(gè)曲線,其實(shí)不然。大部分圖表曲線只是一個(gè)相對(duì)關(guān)系圖,不能圖中讀出絕對(duì)的參數(shù)值。計(jì)算:選用最上面一條樣品曲線,由圖中查出,If=16mA時(shí)CTR大概28%,在If=3.4mA時(shí)CTR大概在46%。3.4mA是16mA時(shí)的46%/28%=1.64倍;所以,在If=3.4mA/(-5~75C),CTR下限為1

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