1、1光耦隔离（驱动）电路（V1.0）一、 本文件的内容及适用范围本文详细分析了非线性光耦的结构、重要参数，并以此为依据讲解了光耦的应用设计原则及隔离（驱动）电路的设计步骤与方法，最后对单片集成数字隔离器做了简单介绍。适用于作为艾诺公司开发工程师新项目硬件开发过程、产品设计修改过程、产品问题分析过程、工程师培训的指导性模块与参考文件。本文中的“光耦”指非线性光耦。本文中的过程与方法不能完全应用于线性光耦。二、 光耦光电耦合器 optical coupler/optocoupler,简称光耦。是设计上输入与输出之间用来电气隔离并消除干扰的器件。因线性光耦特有其特点及设计方法，本文在此仅单独讨论在公司
2、产品上广泛应用非线性光耦。2.1 光耦在公司仪表上的主要应用根据光耦的类型在公司仪表上主要有以下几个方面的应用：1、数字信号隔离：非线性光耦，如 6N137 对高速数字信号如 SPI、UART 等接口的隔离。2、模拟信号隔离传递：线性光耦。隔离其中：V1 为 LED 电源电压+5V，VF 为 1.2V 正向压降，VCTL 为控制信号“0”电平的电压大小，我们假定为 0.3V。得出：R1 = （5-1.2-0.3）/0.010 = 350 欧；我们取 R1=300 欧 电阻即可（IF=11.6mA） 。【注意事项】4N33 达林顿管的高 Hfe 以及暗电流因继电器线圈的直流电阻一般都较小（1K
3、以下） ， 4N33 的微弱暗电流（ICEO=4uA100）造成继电器误动作的可能性较小。但若使用 4N33 驱动具有一定阻抗的器件或者对电流敏感的器件（如高亮 LED） ，PCB 布线中应注意 4N33 基极与其他信号线保持足够距离，并避免光的直接照射。避免悬空的基极拾取微弱电流或者器件封装上的光照造成暗电流增大引起误动作或逻辑错误。22实例 2 串口通信隔离（6N137）步骤 1：确定电路型式，确定需计算的参数速度要求：满足 19200 波特率；驱动能力：无特殊要求。因 6N137 的开关时间特性均未超过微秒，远小于 50uS 的位速率，只要设计合理就能够保证速度。电路型式如上图，需计算的
4、参数：LED 限流电阻阻值；输出上拉电阻阻值。步骤 2：估算 6N137 的 IF、IC。推荐工作条件：IF =（6.3mA 到 15mA）IC=不超过 8mA。可靠性、速度：23RL 最好不要超过 1K；速度随温度、环境变化不大。IC 取 4 到 5mA 左右。步骤 3：计算输出上拉电阻值以 TX 一路为例；6N137:R5 = (5V-VOL)/IC = （5V-0.6）/（45）mA RC = 1K ；R5 与后级电路输入电阻并联构成实际的 RL，约等于 1K。步骤 4：计算 LED 限流电阻、三极管限流电阻。取 VF(PNP)=0.7V；LED 的 VF：24取 VF(LED) = 1
5、.5V；另，根据 IF 推荐值为大于 6.3mA 小于 13mA；设三极管基极输入电压VIN 为 0.1V，则有：VCC-IF*R3-VF(LED)-VF(PNP)-VIN = 0; 3.3V-(6.3mA15mA)*R3 1.5V-0.7V -0.1= 0；可以取 R3=120 欧 （实际得到 IF 约为 7mA10mA 左右） 。【注意事项】射极输出推挽开关电路a 注意晶体管的 C 、 E 位置,不要接错成为共射电路。B 三极管基极电流要保证不小于（最好远大于）IC（max）/Hfe（min） 。25附录：单片集成数字隔离器简介单片集成数字隔离器可以替代光耦实现高速数字隔离，主要有 AD、
6、TI、silicon lab、AVAGO 等厂商提供数字隔离器。ADUM 系列内部使用芯片级变压器实现磁耦合的隔离方式，目前已有下表的两个器件成功应用于某些项目中，较之光耦隔离，使用这种器件隔离方式具有外围器件少、设计简单、集成度高、功耗低、节省体积、可靠性高等优点，但成本偏高，器件应用成熟程度还有待项目应用过程的确定。0109727 IC-双向数字隔离器-AD ADuM1250ARZ(SOIC-8)0109735 IC-4 通道数据隔离器 ADuM1400BRW(SOIC-16)参考文献:1、 NEC 公司,California Labratories : Opticoupler Application.2、 FairChild 公司：4N33 General Purpose 6-pin Photodalington Optocoupler datasheet。3、 FairChild 公司：6N137 High Speed-10MBit/s Logic Gate Optocoupler datasheet.TOSHIBA 公司：TLP521 GaAs IRED & PHOTO-TRANSISTOR.
