#00H CLRP1.1 MOVR7

 MOS管     |      2019-03-24 10:21

  光耦作为一个隔离器件已经得到广泛应用,无处不在。一般大家在初次接触到光耦时往往感到无从下手,不知设计对与错,随着遇到越来越多的问题,才会慢慢有所体会。

  本文就三个方面对光耦做讨论:光耦工作原理;光耦的 CTR 概念;光耦的延时。本讨论也有认识上的局限性,但希望能帮助到初次使用光耦的同事。

  光耦是隔离传输器件,原边给定信号,副边回路就会输出经过隔离的信号。对于光耦的隔离容易理解,此处不做讨论。

  以一个简单的图(图.1)说明光耦的工作:原边输入信号 Vin,施加到原边的发光二极管和 Ri 上产生光耦的输入电流If,If 驱动发光二极管,使得副边的光敏三极管导通,回路VCC、RL 产生 Ic,Ic 经过 R L  产生 Vout,达到传递信号的目的。原边副边直接的驱动关联是CTR(电流传输比),要满足 Ic≤If*CTR。

  所以通过分析实际的电路,除去隔离因素,用分析三极管的方法来分析光耦是一个很有效的方法。此方法对于后续分析光耦的 CTR 参数,还有延迟参数都有助于理解。

  概要:1)对于工作在线性状态的光耦要根据实际情况分析;2)对于工作在开关状态的光耦要保证光耦导通时 CTR 有一定余量;3)CTR 受多个因素影响。

  为什么得不到 3.3V 的方波,可以理解为图.1 光耦电路的电流驱动能力小,只能驱动1.7mA 的电流,所以光耦会增大副边三极管的导通压降来限制副边的电流到 1.7mA。

  解决措施:增大 If;增大 CTR;减小 Ic。对应措施为:减小 Ri 阻值;更换大 CTR 光耦;增大 Ro 阻值。

  将上述参数稍加优化,假设增大 Ri 到 200 欧姆,其他一切条件都不变,Vout 能得到 3.3V的方波吗?

  大于副边饱和导通需要的电流(2.9mA),所以实际 Ic = 2.9mA。

  开关状态的光耦,实际计算时,一般将电路能正常工作需要的最大 Ic 与原边能提供的最小 If 之间 Ic/If 的比值与光耦的 CTR 参数做比较,如果 Ic/If ≤CTR,说明光耦能可靠导通。一般会预留一点余量(建议小于 CTR 的 90%)。

  上一节说到设计时要保证一定 CTR 余量。就是因为 CTR 的大小受众多因素影响,这些因素之中既有导致 CTR 只离散的因素(不同光耦),又有与 CTR 有一致性的参数(壳温/If)。

  说明 8701 这个型号的光耦,不论何时/何地,任何批次里的一个样品,只要在 Ta=25℃/If=16mA 这个条件下,CTR 是一个确定的值,都能确定在 15%~35%以内。 计算导通时,要以下限进行计算,并且保证有余量。计算关断时要以上限。

  Ta=25℃条件下的 CTR 下限确定了,但往往产品里面温度范围比较大,比如光耦会工作在(-5~75℃)下,此种情况下 CTR 怎么确定?还是看 8701 的手册:有 Ta-CTR 关系图:

  从图中看出,以 25 度的为基准,在其他条件不变的情况下,-5 度下的 CTR 是 25 度下的 0.9 倍左右,75 度下最小与 25 度下的 CTR 持平。

  查看 8701 的 If-CTR 曲线。图中给出了三条曲线,代表抽取了三个样品做测试得到的If-CTR 曲线,实际只需要一个样品的曲线即可。

  注:此图容易理解为下限/典型/上限三个曲线,其实不然。大部分图表曲线只是一个相对关系图,不能图中读出绝对的参数值。

  以上所有分析都是基于 8701 的,其他光耦的特性曲线需要查用户手册,分析方法一样。

  上述 CTR 影响到信号能不能传过去的问题,类似于直流特性。下面主要分析光耦的延时特性,即光耦能传送多快信号。

  对于 t p  参数的设计更应该考虑余量,因为 t p  参数也受其他因素影响较多。

  8701 的 tp-If 特征曲线:If 增大,关断延时减小,开通延时增大

  针对具体电路的特点,计算最大延时时也是采用与 CTR 一样的方法,通过器件资料给定特定环境下的准确范围,然后逐一通过三个曲线确定具体电路下的光耦最大延时。

  注:同一个型号的光耦 CTR/延时特性是一致的,不同光耦的延时特性不尽相同,所以需要根据所用光耦的用户手册来确定。

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