资讯中心

佳讯联系方式

联系电话:

400 6622 170

客服QQ:

2880168335

网址:

e-jiaxun.com

公司地址:

青岛市崂山区海尔路180号大荣中心A座29F

光耦的参数的理解(二)

2020/11/4 8:40:24

作者:东方佳讯-王刚

2、光耦CTR

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。

2.1 光耦能否可靠导通实际计算
举例分析,例如图.1中的光耦电路,假设 Ri = 1k,Ro = 1k,光耦CTR= 50%,光耦导通时假设二极管压降为1.6V,副边三极管饱和导通压降Vce=0.4V。输入信号Vi 是5V的方波,
输出Vcc 是3.3V。Vout 能得到3.3V 的方波吗?
我们来算算:If = (Vi-1.6V)/Ri = 3.4mA
副边的电流限制:Ic’ ≤ CTR*If = 1.7mA
假设副边要饱和导通,那么需要Ic’ = (3.3V – 0.4V)/1k = 2.9mA,大于电流通道限制,所以导通时,Ic会被光耦限制到1.7mA, Vout = Ro*1.7mA = 1.7V

所以副边得到的是1.7V 的方波。
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?
重新计算:If = (Vi – 1.6V)/Ri = 17mA;副边电流限制Ic’ ≤ CTR*If = 8.5mA,远大于副边饱和导通需要的电流(2.9mA),所以实际Ic = 2.9mA。

所以,更改Ri 后,Vout 输出3.3V 的方波。
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%)。

工作在线性状态令当别论。

2.2 CTR受那些因素影响
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)。
1)光耦本身:

以8701为例,CTR 在Ta=25℃/If=16mA时,范围是(15%~35%)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。
2)壳温影响:
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。
所以在 16mA/(-5~75℃)条件下,8701的CTR 最小值是15%*0.9 = 13.5%

3) 受If 影响。
假设如果实际的If是3.4mA,那么如何确定CTR在If=3.4mA / Ta=(-5~75℃)条件下的最小CTR 值。
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。
计算:选用最上面一条样品曲线,由图中查出,If=16mA 时CTR 大概28%,

在If=3.4mA时CTR 大概在46%。3.4mA 是16mA 时的46%/28% = 1.64倍;
所以,在 If=3.4mA / (-5~75℃),CTR下限为13.5% * 1.64 = 22.2%
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。

3、光耦延时
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。
涉及到两个参数:光耦导通延时tplh 和光耦关断延时tphl,以8701 为例:在
If=16mA/Ic=2mA 时候,关断延时最大0.8uS,导通延时最大1.2uS。所以用8701 传递500k以上的开关信号就需要不能满足。