光耦常用参数及光耦使用技巧

精品文档 1欢迎下载 光耦常用参数 正向压降 VF 二极管通过的正向电流为规定值时 正负极之间所产生的电压降 正向电流 IF 在被测管两端加一定的正向电压时二极管中流过的电流 反向电流 IR 在被测管两端加规定反向工作电压 VR 时 二极管中流过的电流 反向击穿电压 VBR 被测管通过的反向电流 IR 为规定值时 在两极间所产生的电压降 结电容 CJ 在规定偏压下 被测管两端的电容值 反向击穿电压 V BR CEO 发光二极管开路 集电极电流 IC 为规定值 集电极与发射集间的电压降 输出饱和压降 VCE sat 发光二极管工作电流 IF 和集电极电流 IC 为规定值时 并保持 IC IF CTRmin 时 CTRmin 在被测管技术条件中 规定 集电极与发射极之间的电压降 反向截止电流 ICEO 发光二极管开路 集电极至发射极间的电压为规定值时 流过集电极的电流为反向截止电流 电流传输比 CTR 输出管的工作电压为规定值时 输出电流和发光二极管正向电流之比为电流传输比 CTR 脉冲上升时间 tr 下降时间 tf 光耦合器在规定工作条件下 发光二极管输入规定电流 IFP 的脉冲波 输出端管则输出相应的脉冲波 从输出脉冲前沿幅度的 10 到 90 所需时间为脉冲上升时间 tr 从输出脉冲后沿幅度的 90 到 10 所需时间为脉冲下降时间 tf 传输延迟时间 tPHL tPLH 光耦合器在规定工作条件下 发光二极管输入规定电流 IFP 的脉冲波 输出端管则输出相应的脉冲波 从输 入脉冲前沿幅度的 50 到输出脉冲电平下降到 1 5V 时所需时间为传输延迟时间 tPHL 从输入脉冲后沿幅度的 50 到输出脉冲电平上升到 1 5V 时所需时间为传输延迟时间 tPLH 入出间隔离电容 CIO 光耦合器件输入端和输出端之间的电容值 入出间隔离电阻 RIO 半导体光耦合器输入端和输出端之间的绝缘电阻值 入出间隔离电压 VIO 光耦合器输入端和输出端之间绝缘耐压值 常用的器件 光电耦合器分为两种 一种为非线性光耦 另一种为线性光耦 常用的 4N 系列光耦属于非线性光耦 常用的线性光耦是 PC817A C 系列 非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的 这类光耦适合于弄开关信号的传输 不适合于传输模拟量 线性光耦的电流传输手特性曲线接进直线 并且小信号时性能较好 能以线性特性进行隔离控制 开关电源中常用的光耦是线性光耦 如果使用非线性光耦 有可能使振荡波形变坏 严重时出现寄生振荡 使数千赫的振荡频率被数十 到数百赫的低频振荡依次为号调制 由此产生的后果是对彩电 彩显 VCD DCD 等等 将在图像画面上产生干扰 同时电源带负载能力 下降 在彩电 显示器等开关电源维修中如果光耦损坏 一定要用线性光耦代换 常用的 4 脚线性光耦有 PC817A C PC111 TLP521 等常用的六脚线性光耦有 TLP632 TLP532 PC614 PC714 PS2031 等 常用的 4N25 4N26 4N35 4N36 是不适合用于开关电源中的 因为这 4 种光耦均属于非线性光耦 以下是目前市场上常见的高速光藕型号 100K bit S 6N138 6N139 PS8703 1M bit S 6N135 6N136 CNW135 CNW136 PS8601 PS8602 PS8701 PS9613 PS9713 CNW4502 HCPL 2503 HCPL 4502 HCPL 2530 双路 HCPL 2531 双路 10M bit S 6N137 PS9614 PS9714 PS9611 PS9715 HCPL 2601 HCPL 2611 HCPL 2630 双路 HCPL 2631 双路 光耦合器的增益被称为晶体管输出器件的电流传输比 CTR 其定义是光电晶体管集电极电流与 LED 正向电流的比率 ICE IF 光电晶 体管集电极电流与 VCE 有关 即集电极和发射极之间的电压 精品文档 2欢迎下载 可控硅型光耦 还有一种光耦是可控硅型光耦 例如 moc3063 IL420 它们的主要指标是负载能力 例如 moc3063 的负载能力是 100mA IL420 是 300mA 精品文档 3欢迎下载 光耦使用技巧 光电耦合器 简称光耦 是一种把发光元件和光敏元件封装在同一壳体内 中间通过电 光 电的转换来传输电信号的半导体光电子器 件 光电耦合器可根据不同要求 由不同种类的发光元件和光敏元件组合成许多系列的光电耦合器 目前应用最广的是发光二极管和光 敏三极管组合成的光电耦合器 其内部结构如图 1a 所示 光耦以光信号为媒介来实现电信号的耦合与传递 输入与输出在电气上完全隔离 具有抗干扰性能强的特点 对于既包括弱电控制 部分 又包括强电控制部分的工业应用测控系统 采用光耦隔离可以很好地实现弱电和强电的隔离 达到抗干扰目的 但是 使用光耦 隔离需要考虑以下几个问题 光耦直接用于隔离传输模拟量时 要考虑光耦的非线性问题 光耦隔离传输数字量时 要考虑光耦的响应速度问题 如果输出有功率要求的话 还得考虑光耦的功率接口设计问题 1 1 光电耦合器非线性的克服光电耦合器非线性的克服 光电耦合器的输入端是发光二极管 因此 它的输入特性可用发光二极管的伏安特性来表示 如图 1b 所示 输出端是光敏三极管 因此光敏三极管的伏安特性就是它的输出特性 如图 1c 所示 由图可见 光电耦合器存在着非线性工作区域 直接用来传输模拟量时 精度较差 图 1 光电耦合器结构及输入 输出特性 解决方法之一 利用 2 个具有相同非线性传输特性的光电耦合器 T1 和 T2 以及 2 个射极跟随器 A1 和 A2 组成 如图 2 所示 如 果 T1 和 T2 是同型号同批次的光电耦合器 可以认为他们的非线性传输特性是完全一致的 即 K1 I1 K2 I1 则放大器的电压增益 G Uo U1 I3R3 I2R2 R3 R2 K1 I1 K2 I1 R3 R2 由此可见 利用 T1 和 T2 电流传输特性的对称性 利用反馈原理 可以很好的补 偿他们原来的非线性 图 2 光电耦合线性电路 另一种模拟量传输的解决方法 就是采用 VFC 电压频率转换 方式 如图 3 所示 现场变送器输出模拟量信号 假设电压信号 电 压频率转换器将变送器送来的电压信号转换成脉冲序列 通过光耦隔离后送出 在主机侧 通过一个频率电压转换电路将脉冲序列还原 成模拟信号 此时 相当于光耦隔离的是数字量 可以消除光耦非线性的影响 这是一种有效 简单易行的模拟量传输方式 图 3 VFC 方式传送信号 当然 也可以选择线性光耦进行设计 如精密线性光耦 TIL300 高速线性光耦 6N135 6N136 线性光耦一般价格比普通光耦高 但 是使用方便 设计简单 随着器件价格的下降 使用线性光耦将是趋势 2 2 提高光电耦合器的传输速度提高光电耦合器的传输速度 当采用光耦隔离数字信号进行控制系统设计时 光电耦合器的传输特性 即传输速度 往往成为系统最大数据传输速率的决定因素 在许多总线式结构的工业测控系统中 为了防止各模块之间的相互干扰 同时不降低通讯波特率 我们不得不采用高速光耦来实现模块 之间的相互隔离 常用的高速光耦有 6N135 6N136 6N137 6N138 但是 高速光耦价格比较高 导致设计成本提高 这里介绍两种方法 来提高普通光耦的开关速度 由于光耦自身存在的分布电容 对传输速度造成影响 光敏三极管内部存在着分布电容 Cbe 和 Cce 如图 4 所示 由于光耦的电流 传输比较低 其集电极负载电阻不能太小 否则输出电压的摆幅就受到了限制 但是 负载电阻又不宜过大 负载电阻 RL 越大 由于 分布电容的存在 光电耦合器的频率特性就越差 传输延时也越长 图 4 光敏三极管内部分布电容 用 2 只光电耦合器 T1 T2 接成互补推挽式电路 可以提高光耦的开关速度 如图 5 所示 当脉冲上升为 1 电平时 T1 截止 T2 导通 相反 当脉冲为 0 电平时 T1 导通 T2 截止 这种互补推挽式电路的频率特性大大优于单个光电耦合器的频率特性 精品文档 4欢迎下载 图 5 2 只光电耦合器构成的推挽式电路 此外 在光敏三极管的光敏基极上增加正反馈电路 这样可以大大提高光电耦合器的开关速度 如图 6 所示电路 通过增加一个晶 体管 四个电阻和一个电容 实验证明 这个电路可以将光耦的最大数据传输速率提高 10 倍左右 图 6 通过增加光敏基极正反馈来提高光耦的开关速度 3 3 光耦的功率接口设计光耦的功率接口设计 微机测控系统中 经常要用到功率接口电路 以便于驱动各种类型的负载 如直流伺服电机 步进电机 各种电磁阀等 这种接口 电路一般具有带负载能力强 输出电流大 工作电压高的特点 工程实践表明 提高功率接口的抗干扰能力 是保证工业自动化装置正 常运行的关键 就抗干扰设计而言 很多场合下 我们既能采用光电耦合器隔离驱动 也能采用继电器隔离驱动 一般情况下 对于那些响应速度 要求不很高的启停操作 我们采用继电器隔离来设计功率接口 对于响应时间要求很快的控制系统 我们采用光电耦合器进行功率接口 电路设计 这是因为继电器的响应延迟时间需几十 ms 而光电耦合器的延迟时间通常都在 10us 之内 同时采用新型 集成度高 使用 方便的光电耦合器进行功率驱动接口电路设计 可以达到简化电路设计 降低散热的目的 图 7 是采用光电耦合器隔离驱动直流负载的典型电路 因为普通光电耦合器的电流传输比 CRT 非常小 所以一般要用三极管对输出 电流进行放大 也可以直接采用达林顿型光电耦合器 见图 8 来代替普通光耦 T1 例如东芝公司的 4N30 对于输出功率要求更高的场合 可以选用达林顿晶体管来替代普通三极管 例如 ULN2800 高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品 它的输出电流和输出电压分别达到 500mA 和 50V 图 7 光电隔离 加三极管放大驱动 图 8 达林顿型光电耦合器 对于交流负载 可以采用光电可控硅驱动器进行隔离驱动设计 例如 TLP541G 4N39 光电可控硅驱动器 特点是耐压高 驱动电 流不大 当交流负载电流较小时 可以直接用它来驱动 如图 9 所示 当负载电流较大时 可以外接功率双向可控硅 如图 10 所示 其中 R1 为限流电阻 用于限制光电可控硅的电流 R2 为耦合电阻 其上的分压用于触发功率双向可控硅 图 9 小功率交流负载 图 10 大功率交流负载 当需要对输出功率进行控制时 可以采用光电双向可控硅驱动器 例如 MOC3010 图 11 为交流可控驱动电路 来自微机的控制信号 经过光电双向可控硅驱动器 T1 隔离 控制双向可控硅 T2 的导通 实现交流负载的功率控制 图 11 交流可控电路 图 12 为交流电源输出直流可控电路 来自微机的控制信号 经过光电双向可控硅驱动器隔离 控制可控硅桥式整流电路导通