光耦的使用

发表于 2019-09-20 10:07:36 收藏 已收藏
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光耦的使用

发表于 2019-09-20 10:07:36
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电路中为什么要使用光耦器件?

电气隔离的要求。A与B电路之间,要进行信号的传输,但两电路之间由于供电级别过于悬殊,一路为数百伏,另一路为仅为几伏;两种差异巨大的供电系统,无法将电源共用;

A电路与强电有联系,人体接触有触电危险,需予以隔离。而B线路板为人体经常接触的部分,也不应该将危险高电压混入到一起。两者之间,既要完成信号传输,又必须进行电气隔离;

运放电路等高阻抗型器件的采用,和电路对模拟的微弱的电压信号的传输,使得对电路的抗干扰处理成为一件比较麻烦的事情——从各个途径混入的噪声干扰,有可能反客为主,将有用信号“淹没”掉;

除了考虑人体接触的安全,又必须考虑到电路器件的安全,当光电耦合器件输入侧受到强电压(场)冲击损坏时,因光耦的隔离作用,输出侧电路却能安全无恙。

以上四个方面的原因,促成了光耦器件的研制、开发和实际应用。光耦的基本作用,是将输入、输出侧电路进行有效的电气上的隔离;能以光形式传输信号;有较好的抗干扰效果;输出侧电路能在一定程度上得以避免强电压的引入和冲击。

光耦的使用

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光耦主副边电阻的选择

假设我们现在设定,tlp521的电流是2ma,ctr(current transfer ratio)取50%,原边是24V, 副边 是3.3V,led压降是1.5V,算一下限流电阻和上拉电阻的大小:

R(led)=(24-1.5)/2=11.25K

取一个归一化的电阻值,10K

那么,I(led)=(24-1.5)/10=2.25ma

Ic=2.25*0.5=1.125

Rc=(3.3-Vce)/1.12=2.9

Vce是三极管的饱和压降,这里简化为0v;那么,还要考虑到充分的进入饱和状态,那么,可以取Rc为近视的2倍,也就是5.1K;

一、光耦电阻选择

1、左边光耦输出的R13接几伏,应该是知道的,算出饱和时有多大电流。举例:假如R13接到12V(注意,这个条件将影响到下面所有的计算结果),光耦输出饱和压降忽略不 计,算得电流 I=12V/3.3kΩ=3.6mA。

2、查看TLP521的手册,可知该器件不挑档次的话最小变换效率为50%,因此为保证光耦被 驱动时饱和,右边的输入回路电流不得小于3.6mA/0.5=7.2mA。

3、查TLP521的手册,该器件发光二极管的最大正向压降是1.3V(10mA时),于是为保证 能以7.2mA以上的电流驱动,R14+R17≦(3.3V-1.3V)/7.2mA=0.28kΩ。

4、考虑电源波动和电阻精度的因素,实际R14+R17电阻取值建议为200Ω以下

光耦的分类:

非线性光耦:4N系列,用来传输开关信号

线性光耦:PC817-C系列可用来传输模拟信号,如精密线性光耦TIL300。高速线性光耦6N135/6N136、6N137/6N138

功率型:达林顿光耦4N30

应用场合:传输隔离和开关隔离电路。

使用光耦隔离需要考虑以下几个问题:

① 光耦直接用于隔离传输模拟量时,要考虑光耦的非线性问题;

② 光耦隔离传输数字量时,要考虑光耦的响应速度问题;根据 光耦导通延时 tplh 和 光耦关断 延时 tphl来看是否满足速率要求,传输速率《1/(tplh + tpll)

③ 如果输出有功率要求的话,还得考虑光耦的功率接口设计问题。

如果Vc/Rc=2mA, 那么三极管进入了放大状态;功率型应该处于线性放大区 Ic=If*CTR。

如果Vc/Rc=1mA, 那么三极管基本上进入饱和导通状态;

如果Vc/Rc=0.5mA,那么三极管肯定进入了饱和导通状态; 此时用来传递开关信号,此时 Ic《If*CTR,若不满足则Icc=If*CTR,。

开关状态的光耦,要保证电路正常工作的最大Ic/if《90%CTR.

电流传输比CTR:随输入电流If变化,随其变化而变化,可看其曲线,从死区-线性区-饱和区。所以输入电流要小于If,且在线性区。

可以这样理解,输入端电流决定输出端电阻,但当输入超过5mA时输出已经达到饱和,所以设置输入端电阻让其电流小于5mA,,输出端带负载能力一般为100mA左右。

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