光耦參數(shù)解釋及設(shè)計注意事項

1、正向工作電壓vf(forwardvoltage):Vf是指在給定的工作電流下，LED本身的壓降。常見的小功率LED通常以If二10mA來測試正向工作電壓，當然不同的LED，測試條件和測試結(jié)果也會不一樣。2、正向電流If:在被測管兩端加一定的正向電壓時二極管中流過的電流。3、反向工作電壓V^(reversevoltage)：是指原邊發(fā)光二極管所能承受的最大反向電壓，超過此反向電壓，可能會損壞LED。而一般光耦中，這個參數(shù)只有5V左右，在存在反壓或振蕩的條件下使用時，要特別注意不要超過反向電壓。如，在使用交流脈沖驅(qū)動_ED時，需要增加保護電路。4、反向電流Ir:在被測管兩端加規(guī)定反向工作電壓V^時，二極管中流過的電流。5、反向擊穿電壓V,::被測管通過的反向電流1r為規(guī)定值時，在兩極間所產(chǎn)生的電壓降。6、結(jié)電容C.:在規(guī)定偏壓下，被測管兩端的電容值。7、電流傳輸比CTR(currenttransferratio):指在直流工作條件下，光耦的輸出電流與輸入電流之間的比值。光耦的CTR類似于三極管的電流放大倍數(shù)，是光耦的一個極為重要的參數(shù)，它取決于光耦的輸入電流和輸出電流值及電耦的電源電壓值，這幾個參數(shù)共同決定了光耦工作在放大狀態(tài)還是開關(guān)狀態(tài)，其計算方法與三極管工作狀態(tài)計算方法類似。若輸入電流、輸出電流、電流傳輸比設(shè)計搭配不合理，可能導(dǎo)致電路不能工作在預(yù)想的工作狀態(tài)。8、集電極電流I^(collectorcurrent):如上圖，光敏三極管集電極所流過的電流，通常表示其最大值。9、輸出飽和壓降VCE(sat):發(fā)光二極管工作電流IF和集電極電流IC為規(guī)定值時，并保持IC/IFWCTRmin時(CTRmin在被測管技術(shù)條件中規(guī)定)集電極與發(fā)射極之間的電壓降。10、反向擊穿電壓V(BR)"發(fā)光二極管開路，集電極電流Ic為規(guī)定值，集電極與發(fā)射集間的電壓降。11、反向截止電流Iceo:發(fā)光二極管開路，集電極至發(fā)射極間的電壓為規(guī)定值時，流過集電極的電流為反向截止電流。12、C-E飽和電壓Vce(C-Esaturationvoltage):光敏三極管的集電極-發(fā)射極飽和壓降。13、入出間隔離電容￡。：光耦合器件輸入端和輸出端之間的電容值。14、入出間隔離電阻Ro:半導(dǎo)體光耦合器輸入端和輸出端之間的絕緣電阻值。15、入出間隔離電壓V。：光耦合器輸入端和輸出端之間絕緣耐壓值16、傳輸延遲時間TpHL、TpLH:光耦合器在規(guī)定工作條件下，發(fā)光二極管輸入規(guī)定電流IFp的脈沖波，輸出端管則輸出相應(yīng)的脈沖波，從輸入脈沖前沿幅度的50%到輸出脈沖電平下降到時所需時間為傳輸延遲時間。從輸入脈沖后沿幅度的50%到輸出脈沖電平上升到時所需時間為傳輸延遲時間T。PLH17、上升時間Tr(RiseTime)&下降時間Tf(FallTime)，其定義與典型測試方法如下圖所示，它們反映了工作在開關(guān)狀態(tài)的光耦，其開關(guān)速度情況。二：使用光耦隔離需要考慮以下幾個問題光耦直接用于隔離傳輸模擬量時，要考慮光耦的非線性問題；光耦隔離傳輸數(shù)字量時，要考慮光耦的響應(yīng)速度問題；如果輸出有功率要求的話，還得考慮光耦的功率接口設(shè)計問題。1光電耦合器非線性的克服光電耦合器的輸入端是發(fā)光二極管，因此，它的輸入特性可用發(fā)光二極管的伏安特性來表示，如圖1b所示；輸出端是光敏三極管，因此光敏三極管的伏安特性就是它的輸出特性,如圖1c所示。由圖可見，光電耦合器存在著非線性工作區(qū)域，直接用來傳輸模擬量時精度較差。圖1光電耦合器結(jié)構(gòu)及輸入、輸出特性解決方法之一，利用2個具有相同非線性傳輸特性的光電耦合器，T1和T2，以及2個射極跟隨器A1和A2組成，如圖2所示。如果T1和T2是同型號同批次的光電耦合器，可以認為他們的非線性傳輸特性是完全一致的，即K1(I1)=K2(I1)，則放大器的電壓增益G=Uo/U1=I3R3/I2R2=(R3/R2)[K1(I1)/K2(I1)]=R3/R2。由此可見，利用T1和T2電流傳輸特性的對稱性，利用反饋原理，可以很好的補償他們原來的非線性。圖2光電耦合線性電路另一種模擬量傳輸?shù)慕鉀Q方法，就是采用VFC(電壓頻率轉(zhuǎn)換)方式，如圖3所示?，F(xiàn)場變送器輸出模擬量信號(假設(shè)電壓信號)，電壓頻率轉(zhuǎn)換器將變送器送來的電壓信號轉(zhuǎn)換成脈沖序列，通過光耦隔離后送出。在主機側(cè)，通過一個頻率電壓轉(zhuǎn)換電路將脈沖序列還原成模擬信號。此時，相當于光耦隔離的是數(shù)字量，可以消除光耦非線性的影響。這是一種有效、簡單易行的模擬量傳輸方式。圖3VFC方式傳送信號當然，也可以選擇線性光耦進行設(shè)計，如精密線性光耦TIL300，高速線性光耦6N135/6N136。線性光耦一般價格比普通光耦高，但是使用方便，設(shè)計簡單；隨著器件價格的下降，使用線性光耦將是趨勢。2提高光電耦合器的傳輸速度當采用光耦隔離數(shù)字信號進行控制系統(tǒng)設(shè)計時，光電耦合器的傳輸特性，即傳輸速度,往往成為系統(tǒng)最大數(shù)據(jù)傳輸速率的決定因素。在許多總線式結(jié)構(gòu)的工業(yè)測控系統(tǒng)中，為了防止各模塊之間的相互干擾，同時不降低通訊波特率，我們不得不采用高速光耦來實現(xiàn)模塊之間的相互隔離。常用的高速光耦有6N135/6N136,6N137/6N138。但是，高速光耦價格比較高，導(dǎo)致設(shè)計成本提高。這里介紹兩種方法來提高普通光耦的開關(guān)速度。由于光耦自身存在的分布電容，對傳輸速度造成影響，光敏三極管內(nèi)部存在著分布電容Cbe和Cce，如圖4所示。由于光耦的電流傳輸比較低，其集電極負載電阻不能太小，否則輸出電壓的擺幅就受到了限制。但是，負載電阻又不宜過大，負載電阻RL越大，由于分布電容的存在，光電耦合器的頻率特性就越差，傳輸延時也越長。圖4光敏三極管內(nèi)部分布電容用2只光電耦合器T1,T2接成互補推挽式電路，可以提高光耦的開關(guān)速度，如圖5所示。當脈沖上升為“1”電平時，T1截止，T2導(dǎo)通。相反，當脈沖為'0”電平時，T1導(dǎo)通,T2截止。這種互補推挽式電路的頻率特性大大優(yōu)于單個光電耦合器的頻率特性。圖52只光電耦合器構(gòu)成的推挽式電路此外，在光敏三極管的光敏基極上增加正反饋電路，這樣可以大大提高光電耦合器的開關(guān)速度。如圖6所示電路，通過增加一個晶體管，四個電阻和一個電容，實驗證明，這個電路可以將光耦的最大數(shù)據(jù)傳輸速率提高10倍左右。圖6通過增加光敏基極正反饋來提高光耦的開關(guān)速度3光耦的功率接口設(shè)計微機測控系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到功率接口電路，以便于驅(qū)動各種類型的負載，如直流伺服電機、步進電機、各種電磁閥等。這種接口電路一般具有帶負載能力強、輸出電流大、工作電壓高的特點。工程實踐表明，提高功率接口的抗干擾能力，是保證工業(yè)自動化裝置正常運行的關(guān)鍵。就抗干擾設(shè)計而言，很多場合下，我們既能采用光電耦合器隔離驅(qū)動，也能采用繼電器隔離驅(qū)動。一般情況下，對于那些響應(yīng)速度要求不很高的啟停操作，我們采用繼電器隔離來設(shè)計功率接口；對于響應(yīng)時間要求很快的控制系統(tǒng)，我們采用光電耦合器進行功率接口電路設(shè)計。這是因為繼電器的響應(yīng)延遲時間需幾十ms，而光電耦合器的延遲時間通常都在10us之內(nèi)，同時采用新型、集成度高、使用方便的光電耦合器進行功率驅(qū)動接口電路設(shè)計，可以達到簡化電路設(shè)計，降低散熱的目的。圖7是采用光電耦合器隔離驅(qū)動直流負載的典型電路。因為普通光電耦合器的電流傳輸比CRT非常小，所以一般要用三極管對輸出電流進行放大，也可以直接采用達林頓型光電耦合器（見圖8）來代替普通光耦T1。例如東芝公司的4N30。對于輸出功率要求更高的場合，可以選用達林頓晶體管來替代普通三極管，例如ULN2800高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，它的輸出電流和輸出電壓分別達到500mA和50V。圖7光電隔離，加三極管放大驅(qū)動圖8達林頓型光電耦合器對于交流負載，可以采用光電可控硅驅(qū)動器進行隔離驅(qū)動設(shè)計，例如TLP541G，4N39。光電可控硅驅(qū)動器，特點是耐壓高，驅(qū)動電流不大，當交流負載電流較小時，可以直接用它來驅(qū)動，如圖9所示。當負載電流較大時，可以外接功率雙向可控硅，如圖10所示。其中，R1為限流電阻，用于限制光電可控硅的電流；R2為耦合電阻，其上的分壓用于觸發(fā)功率雙向可控硅。圖9小功率交流負載圖10大功率交流負載當需要對輸出功率進行控制時，可以采用光電雙向可控硅驅(qū)動器，例如MGC3010O圖11為交流可控驅(qū)動電路，來自微機的控制信號經(jīng)過光電雙向可控硅驅(qū)動器T1隔離，控制雙向可控硅T2的導(dǎo)通，實現(xiàn)交流負載的功率控制。圖11交流可控電路圖12為交流電源輸出直流可控電路。來自微