光耦隔离电路

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1、光耦电路设计目录简介：3输入电路（原边）3输出电路（副边）7电流传输比：8延时：10简介：外部信号可能是电压、电流或开关触点，直接接入电路可能会引起瞬时高 压、过压、接触点抖动等。因此在外部信号输入之前，须经过转换、保护、滤 波、隔离等措施。对小功率信号处理时：通常简单采用RC积分滤波或再添加门 电路；而在对大功率信号处理时：输入与内部电路电压或电源电压的压差较大， 常常采用光电耦合器来隔离。使用光耦设计隔离电路时，特别要注意电流传输比的降额，驱动电流关断 和开通的大小，与延迟相关的负载大小及开关速率。在进行光耦输入电路设计 时，是以光耦为中心的输入电路与输出电路（即原边与副边的电路），光耦的

2、工 作原理就是输入端输入信号Vin，光耦原边二极管发光使得光耦副边的光敏三极 管导通，三极管导通形成回路产生相应信号（电压或者电流），这样就实现传递 信号的目的。在进行光耦输出电路设计时，计算公式与输入部分相同，同时需 关注电平匹配、阻抗匹配、驱动功率、负载类型和大小。以下针对光耦输入电首先要了解光耦的原边电流I和二极管的导通压降V等相关信息。根据必要的 信息来设计LED驱动电路，和通常的数字输入电路一样，输入端需要添加限流 电阻对二极管起保护作用。而这个电阻的阻值则是此处的关键，对于图 1的限 流电阻R的阻值可以根据下面的公式计算：基于对抗干扰能力的考虑，通常在靠近光耦的原边并联接入一个电容

3、进行 滤波。并且RC电路的延迟特性也可以达到测试边沿，产生硬件死区、消除抖动 等益处。同时在数字电路中其延迟特性可能会影响到信号的同步问题（尤其是 通讯、异步电路、使能控制等），因此要充分注意电路的时间约束。R32U1R1122222C2rCOM1ClVCC +3.3Vgnd 根据设计要求，为了确保输入端和公共端的电压差Vin在4V以下时，输入 无效，光耦断开。为此我们在输入端与公共端之间并接一个电阻避免输入无效 时造成光耦原边的误导通。此并联电阻的采用使得光耦原边二极管两端的电压受限，当输入电压V值 较小时，并联电阻上的电流小于“二极管导通电压V与并联电阻R的比值”，F 则光耦的原边电压被电

4、阻钳位，由该并联电阻两端的电压决定；而当输入端与 公共端的电压V足够大时，并联电阻上的电流大于“二极管导通电压V与并联 inF电阻 R 的比值”，该并联电阻两端的电压被光耦原边电压钳位，就保持为二极 管的导通电压。RinC1R1:图2典型输入电路I : t I 1: I : I , k : i :1 i 1Vin故光耦输入电路通常如图2包含限流电阻验、并联电阻、滤波电容q、 光耦原边二极管等组成。但有时会应用二极管的单向导电性，以求得到单边的 快速响应特性；若双向都放置二极管则可以提高瞬态响应。输入电路中元器件相关参数可以通过下面的公式计算得出：Vi - VF VF丁RRFin1f =2*兀

5、*R *C、in 1f :RC 滤波的截止频率参数确定中至关重要的是限流电阻Rin的值，而限流电阻Rin的大小又关系 到光耦原边二极管的导通电流I、V和并联电阻；这些参数的确定跟光耦的FF技术参数是息息相关，以PS8701为例：ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Ta = 25 PC)ParameterSymbolMN.TYP.MAX.UnitDiodeForard VoltageVff = 16 mA1.72.2V由上表，取光耦原边二极管导通压降的典型值1.7V为VF；?e)ll_101 10一匸 unoEttsMJOl Ta.=+ 100+50 O+25 flC -0.

6、01 _JX-)CU101.21.41.61.82.C2.22.4Forward Voltage Vf (V)从上图得，当V=17V、T= (-5C75C)时,F较大时对CTR影响较大)；I约在3mA 8mA范围内F)虫 oiESUrt!i 一uOJ-LmoForward Current If (mA)I在1mA8mA范围内，CTR相对较高。F在采用数字光耦隔离输入，当输入信号的电压在4.0V以下时，判断为断开 状态(OFF)；当输入信号电压大于180V时，判断为闭合状态(ON)，在4.0V18.0V 之间其信号状态为不确定。则可以根据式大概推算出限流电阻 R 范围为 1.9K5.3K（V 取

7、 2.2V）。 初略取一个值R =33K,这些参数一般在设计电路时，以已有电路的元器件参数 为基础再通过计算调整至相关技术参数满足最新设计要求。通常这些参数的变 动范围是比较大并且在确定参数时是要考虑一定的余量。输出电路（副边）光耦副边接收光敏三极管。在这部分电路设计时必须了解此三极管的基本参数：集电极电流I和集电极到发射极的电压V 。CCEOutput Voltage Vo (V)( 3.58KLVcc 0.4=358K4*20.25%(此处考虑到R对CTR的影响取R =4.7K) 同时由下图也可以基本上确定R的值在此范围内。LO 246810121416|1820Forward Curre

8、nt If (mA)延时：在确定电路参数时，延时是必须关注的。如果说CTR是关系到信号能否传 递的量，那么延时就是关系传递多快的信号的量。因此延时必定会影响到电路 的频带。以PS8701为例：在I =16mA / R = 2.2K时，关断延时最大08us，FL导通延迟最大12us，所以传输500KHz以上的开关信号则PS8701不能满足要求。Propagation Delay Tima iH-Lit?HLIf= 16 mA. Vcc = 5V, RL = 2.2kli Cl= 15 pF0.5.O.B2Propagation Delay Time (L T HftpLH0.612Ambient

9、 Tennperalure Ta fX)在T = (-5C75C)内随着环境温度的增加T、T也有所改变，在75C的T是25C时的1.7倍，75C时的T最大值为工2*匸7=204us。而T的最大豳PLH PHL为 1.1*0.8=0.88us。0510152025ODD3.Z 1二 111_1工 d* Aro_Dcl 匚。口ra6ajdoclForward Current If (mA)据此图根据上面推导原理，可以得出Tp在I =4mA时(此处按5mA推)是 I =16mA 的 0.4 倍；而 Tp 则是 2.7 倍。所以 T = (-575 C)/|=4mA/R =22k 时，T最大值为204

10、*04=0816us,而T的最大值约为0.88*2.7=2l3usPLHPHL110 kLoad Resistanc Rl (G)100 kTa=25C/ | =16mA 时，在 R 为 4.7K 时 =1us 丁卩血=0 45us ；在 R 为 2.2K 时 T =06麗、丁 =0.52us；故 T 在 R =4.7K 时是 R=2.2K 的 1.7 倍，而 T 则PLHPHLPLHLLPHL为086倍。所以在T=(5C75C)/I =4mA、R=47K时，T 的最大值为139us, aFLPLHT 的最大值为183us。PHL总延迟时间约为222us，故上限频率为f0=1/2.22=450.45KHzotfCG_+33Lf：a：.：np+UT：/iSIBPS8701高速光耦电路参数计算：输入规格：V max=24*1 1=264； .=24*0.9=21.6; 频率：f0 = 80KHz