高速光耦隔离H桥之过程

记得很久很久以前有一次突然想搞一个全光耦隔离的，H桥高速驱动电路，结果花啊花啊，没多久就画出来了，还没有测试就贴到了论坛上去，结果被网友笑话了一场，虽然很丢面子，但是还是确确实实学到了很多东西的说的。现在就来说说我当初的这次经历吧^_^

论坛的关系图片有点小，大家还是点开来仔细看吧

当初之所以认为这个电路能实现高速光耦隔离的H桥驱动，实际上也就是看中了那个6N137（这里用PS9601替代）的高速特性，因为使用6N137就一定能够实现高速的特性，结果就想当然的连接了一下以为就可以实现高速的H桥驱动了，其实完全不是怎么一回事的，

这里我就给大家说说这样的电路有哪些问题吧

第一，vmos虽然看似是电压驱动器件，但是实际上还是需要拥有相当低驱动内阻的器件才能使它高速的开关的，为什么呢，因为vmos存在着一个容量非常可观的Cgs，也就是G和S电极之间的等效电容，这个电容的容量差不多有2000p左右，视具体管子有所出入，但是都不小的说，由于这个电容的存在，就导致了这个电路的速度永远都不可能达到高速，我们显卡左下角的M1管子，可以看到关断是使用的三极管关断的，可能这个勉强还算过的去的，但是Vgs的上升就要缓慢的多了，因为它有一个rc时间，差不多是10k*2000p这个时间可不短了哦。可想而知M1的导通是多么的缓慢的说。再来看看更要命的M2吧，这是一个PVMOS的功率管，可以看到这样的当M2开启的时候是由晶体管来控制的所以相对来说还是过的去的，那过不去的就是关断时间了，这个就真的比较要命了，由于MOS管的特性，关断时间远慢于开启的时间。结果就是M2还没有关断的情况下，M1就已经开始慢慢导通了，导致了两个管子上下导通产生了相当大的电流，用不了多久内阻稍大的P沟道M2这个管子就会发热严重，慢慢的就过热烧毁了。这就是为什么很多人都说H桥容易烧P管的原因了。

第二，我们再来看看这里的vmos的控制电压，由于受制于6n137的工作电压，Vgs最高只有5v，远低于irf640的完全导通电压，所以导致vmos始终工作在高内阻区，功率管发热严重，所以这样的电路是绝对不具有任何实用性的。

既然分析后知道了上述原因，那我们应该如何才能修正这样的问题呢？
其实原本是很复杂的，简单的说就是6n137后面接放大电路，然后再推挽控制mos管子的开关和关断，

大家可以参考这个电路的原理，但是实际上这样的电路由于结构复杂，非常不适合实际使用，同时由于放大器也具有可观的延迟，所以最终还是破坏了我们得到高速隔离mos管驱动的目的。要速度快就要用高速运放，还是价格很可观的哦。所以不建议使用

不过现在就比较方便了，推荐使用专用的mos管驱动用光耦，比如东芝的tlp250就是不错的选择

大家可以看到内部已经帮我们集成了放大器和驱动电路了，能够在保证基本速度的情况下极大的简化外围电路的使用，方便我们简化H桥的电路，强力推荐使用

说道这里再给大家说个事情吧，那就是光耦隔离下的uart的串口通讯问题，

记得有不少朋友都碰到过，就是一个串口接上了普通的低速光耦，结果串口通讯就无论如何也调试不出来了，非要使用6n137这样昂贵的高速光耦才能正常通讯，其实不然，这里我教大家一个使用普通廉价低速光耦也能完成基本串口通讯的方法吧

如图所见，大家可以看到了这是市面上及其常见的廉价的ps2501光耦，我是因为pspice里面就它有模型才调用的其实别的电路也都一样的因为基本上它就是最烂最便宜的那个的代表了，不过通过19200波特率还是很轻松的

我们可以翻看他的手册，得知tr=3us tf=5us 这点速度已经远小于19200波特的26us的脉冲宽度了，所以器件理论上是可行的

再来看一下为什么平时大家都接的但是却不好用，这里给大家分析一下原因吧

我们要知道光耦的速度和光耦输出三极管工作电流有关系，为什么呢，因为工作电流越大，r24就必须越小，r24越小，这样r24和晶体管本身的结电容的rc充放电时间就短，这个rc时间短了，晶体管的开关速度也就自然上升了，但是晶体管的工作电流是由发光二极管的光照强度决定的，还有电流传输比决定的，所以发光二极管的点亮电流也要适当增加才能满足隔离晶体管的电流需求，一般cpu的io可能不能提供如此大的电流，所以这里使用一个8550做了一级电流放大，当然如果你的单片机驱动电流够大的情况下也可以不用这个三极管。还有一点就是可以看到后面的这个三极管是接的共集电极接法，而不是常见的共发射极接法，这是因为共集电极接法的速度远比共发射极接法来的快，同理前面的Q2也用的是共集电极接法来尽可能的提高光耦的速度，减少延迟。
再说一下光耦的电流也不是可以无限制增加的，最好在使用之前看一下手册上说明的最大工作电流，然后计算好适合的电阻再用。否则容易烧毁光耦。
最后给大家几张仿真的测试图片

这个是工作在19200波特率下，电压3.3v情况下的光耦发光二极管电流和晶体三极管的电流仿真图

这张图实在同等测试条件下的电压曲线图，可以看到ps2501这个垃圾光耦在19200的波特率下的波形良好，使用完全没有任何问题^_^
补充一下r24和r23的计算方法，r24等于（电源电压-0.2v）除以手册上的晶体管的极限工作电流，
r23等于晶体管的极限工作电流除以电流传输比，得出发光二极管需要多少电流就可以让后面的晶体管完全饱和了。然后用（电源电压-1.8v）除以这个电流，就是r23的取值了，当然在满足速度的情况下r23和r24都可以适当增大阻值减少功耗