光耦隔離(驅(qū)動(dòng))電路-v1.0

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1、光耦隔離（驅(qū)動(dòng)）電路（V1.0）一、本文件的內(nèi)容及適用范圍本文詳細(xì)分析了非線性光耦的結(jié)構(gòu)、重要參數(shù)，并以此為依據(jù)講解了光耦的應(yīng)用設(shè)計(jì)原則及隔離（驅(qū)動(dòng)）電路的設(shè)計(jì)步驟與方法，最后對(duì)單片集成數(shù)字隔離器做了簡(jiǎn)單介紹。適用于作為艾諾公司開發(fā)工程師新項(xiàng)目硬件開發(fā)過程、產(chǎn)品設(shè)計(jì)修改過程、產(chǎn)品問題分析過程、工程師培訓(xùn)的指導(dǎo)性模塊與參考文件。本文中的“光耦”指非線性光耦。本文中的過程與方法不能完全應(yīng)用于線性光耦。二、光耦光電耦合器opticalcoupler/optocoupler,簡(jiǎn)稱光耦。是設(shè)計(jì)上輸入與輸出之間用來電氣隔離并消除干擾的器件。因線性光耦特

2、有其特點(diǎn)及設(shè)計(jì)方法，本文在此僅單獨(dú)討論在公司產(chǎn)品上廣泛應(yīng)用非線性光耦。2.1光耦在公司儀表上的主要應(yīng)用根據(jù)光耦的類型在公司儀表上主要有以下幾個(gè)方面的應(yīng)用：1、數(shù)字信號(hào)隔離：非線性光耦，如6N137對(duì)高速數(shù)字信號(hào)如SPI、UART等接口的隔離。2、模擬信號(hào)隔離傳遞：線性光耦。隔離&驅(qū)動(dòng)：普通輸出型，如TLP521對(duì)IO信號(hào)的隔離；達(dá)林頓輸出型主要用于需要大驅(qū)動(dòng)電流的場(chǎng)合，如繼電器的驅(qū)動(dòng)和隔離。2.2公司主要應(yīng)用的主要非線性光耦類別、型號(hào)及參數(shù)特點(diǎn)主要類別：1、通用型：TLP521、PC817等。2、數(shù)字邏輯輸出型（高速、帶輸出控制腳）：6N1

3、37及其變種HCPL06系列等。3、達(dá)林頓輸出型：4N30、4N33等。4、推挽輸出型（MOS、IGBT驅(qū)動(dòng)專用）：TLP250、HCPL316等艾諾公司截止到2010年12月常用光耦型號(hào)統(tǒng)計(jì)及分類見表格《艾諾光耦201012.XLS》。2.4光耦基礎(chǔ)知識(shí)1、光耦結(jié)構(gòu)及原理示意光耦的主要構(gòu)成部分：LED（電->光）、光電管（光->電）、電流放大（Hfe）部分。25非線性光耦按輸出結(jié)構(gòu)分為：普通型、達(dá)林頓輸出型（高電流傳輸比，帶不帶基極引腳）、邏輯輸出型（高速或有控制端）、專用型（內(nèi)部帶推挽，如MOS/IGBT驅(qū)動(dòng)光耦）、雙向光耦（LED部

4、分為兩個(gè)發(fā)光管反向并聯(lián)，可響應(yīng)交流信號(hào)）。光耦內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖1，光耦一般原理圖圖2，光耦原理示意圖圖3，帶基極引腳的光耦原理示意圖25圖4，達(dá)林頓輸出型（不帶基極引腳）示意圖圖5，達(dá)林頓輸出型（帶基極引腳）示意圖圖6，輸出帶控制的光耦示意圖圖7，IGBT/MOS專用光耦（內(nèi)部帶推挽）圖8，雙向光耦（在公司應(yīng)用極少，本文未包括相關(guān)內(nèi)容）2、光耦的主要參數(shù)簡(jiǎn)介（1）VISO（或BVS）isolationvoltage隔離電壓：輸入端與輸出端之間可以承受的交流電壓最大值。一般情況下，只在有限的測(cè)試時(shí)間內(nèi)有保證（如1分鐘）。25（2)Topr,o

5、peratingtemmprature工作溫度：器件正常工作所允許的溫度范圍。是指環(huán)境溫度。當(dāng)溫度上升，器件帶載（承受功耗）能力下降。TPL521的工作溫度范圍是環(huán)境溫度-55~+100度。（3）IF，F(xiàn)orwardCurrentofLED，發(fā)光管能夠允許的正向電流最大值，二極管流過電流不超過If時(shí)，在環(huán)溫25度下，保證不會(huì)因?yàn)楣亩鴵p壞。TLP521-1的LED正向電流允許最大值為70mA。（4）VR，reversevoltageofLED，發(fā)光管所能承受的最大反向電壓。超過此電壓，發(fā)光管會(huì)有突然增大的反向電流且無法發(fā)光，會(huì)導(dǎo)致光耦損壞或

6、無法恢復(fù)的規(guī)格下降發(fā)生。（5）PD(C/T)，powerdissipation,環(huán)溫25度時(shí)，光耦所能允許的最大功耗。環(huán)溫溫度上升，此值下降(derating)。TLP521在25度環(huán)溫時(shí)允許的最大功耗為0.25W。（6）VCEO,collectortoemittervoltageofphototransistor當(dāng)發(fā)光管沒有流過電流時(shí)，光電管能夠承受的最大C-E電壓。（7）VECO，emittertocollectorvoltageofphototransistor當(dāng)發(fā)光管沒有流過電流時(shí)，光電管能夠承受的最大E-C電壓。25如，TLP52

7、1的VECO僅7V，CEO為55V。瞬間的過壓降會(huì)導(dǎo)致器件參數(shù)不可恢復(fù)的規(guī)格下降，或者損壞。（3）IC，collectorcurrentofphototransistor,光電管在環(huán)溫25度時(shí)集電極能夠流過的電流的最大值。它能夠保證光電管工作于PC以下。如，TLP521的集電極電流值限制為50mA（max）。（4）CTR，CurrentTransferRatio，電流傳輸比。當(dāng)VCE固定，光電管Ic與If之比。CTR=(IC/IF)X100%（10）RS，isolationresistance,初次級(jí)絕緣電阻。如，TLP521測(cè)試500V絕

8、緣（在小于60%濕度環(huán)境下），絕緣電阻大于10G歐。Cs，isolationcapcitance，絕緣電容，高頻信號(hào)加到器件上時(shí)，輸入輸出之間的等效電容。由于此電容的存在，當(dāng)存在