1、by mmax 光耦参数的理解 摘要：分析光耦各个指标参数的含义,以及日常设计中的注意事项,涉及CTR和延时。 关键字：光耦 CTR 延时 1 引言 光耦作为一个隔离器件已经得到广泛应用，无处不在。一般大家在初次接触到光耦时往往感到无从下手，不知设计对与错，随着遇到越来越多的问题，才会慢慢有所体会。 本文就三个方面对光耦做讨论：光耦工作原理；光耦的CTR概念；光耦的延时。本讨论也有认识上的局限性，但希望能帮助到初次使用光耦的同事。 1 理解光耦 光耦是隔离传输器件，原边给定信号，副边回路就会输出经过隔离的信号。对于光耦的隔离容易理解，此处不做讨论。 以一个简单的图（图.1）说明光耦的工作：原边
2、输入信号Vin，施加到原边的发光二极管和Ri上产生光耦的输入电流If，If驱动发光二极管，使得副边的光敏三极管导通，回路VCC、RL产生Ic,Ic经过RL产生Vout，达到传递信号的目的。原边副边直接的驱动关联是CTR（电流传输比），要满足IcIf*CTR。 图.1 光耦一般会有两个用途：线性光耦和逻辑光耦，如果理解？ 工作在开关状态的光耦副边三极管饱和导通，管压降 CTR*If 此时，光耦副边会提高光敏三极管的导通压降，限制实际的Ic在电流通道内(Ic = CTR*If)。光耦导通时，Vout输出大小与Vin有线性关系。 当RL阻值小时，Vcc/RL * Ib 此时，三极管会提高管压降，限制
3、实际的Ic在电流通道内(Ic =* Ib)。三极管导通时，Vout输出大小与Vin有线性关系。 所以通过分析实际的电路，除去隔离因素，用分析三极管的方法来分析光耦是一个很有效的方法。此方法对于后续分析光耦的CTR参数，还有延迟参数都有助于理解。 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
4、.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 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 by mmax 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
5、.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
6、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
7、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（-575）下，此种情况下CTR怎么确定？还是看8701的手册：有Ta-CTR关系图： PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 by mmax 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/(-575)条件下，8701的CTR最小值是15%*0.9 = 13.5% 3) 受If影响
8、。 假设如果实际的If是3.4mA，那么如何确定CTR在If=3.4mA / Ta=(-575)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 / (-575)，CTR
9、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。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 by mmax 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。 下图是一个实测的延时波形（ch4原边（
10、红），ch2副边（绿） 图.2 对于tp参数的设计更应该考虑余量，因为tp参数也受其他因素影响较多。 1) 受温度影响 8701的Ta-If特征曲线：温度升高，开关延时都会增大。 图.3 2) 受原边If大小影响 8701的tp-If特征曲线：If增大，关断延时减小，开通延时增大 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 by mmax 图.4 3) 受副边Ic大小影响 8701的tp-RL特征曲线：RL减小，导通延时增大明显 图.5 针对具体电路的特点，计算最大延时时也是采用与 CTR 一样的方法，通过器件资料给定特定环境下的准确范围，然后逐一通过三个曲线确定具体电路下的光耦最大延时。 注：同一个型号的光耦 CTR/延时特性是一致的，不同光耦的延时特性不尽相同，所以需要根据所用光耦的用户手册来确定。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建
