《光耦隔离驱动设计及计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光耦隔离驱动设计及计算（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、案例名称光耦隔离驱动电路设计与计算作者某某作者部门写作日期联系关键词：光耦 隔离驱动 传输比CTRf lc问题描述：1问题分析1 优化方案1收获4问题描述:监控类产品中中经常要用到光耦隔离电路，例如CAN、485,232等通信电路，或者是信号输入输出隔离 电路等.我们在设计中要根据光耦的几个主要参数，仔细计算光耦原副边的电路参数否如此可能导致电路 功能异常下面就某个市场问题展开分析.某某基站的IPLU0006出现如下问题，将IPLU0006的串口 6485通道与智能设备IPLU1501相连，前 置机中显示IPLU1501往往通讯正常一段几分钟之后，即通讯异常.而将设备断电重启后，通讯正常一段时
2、间 后设备又会出现通讯异常，如此反复.问题分析对现场寄回来的样机进展分析，发现是由于电路设计是裕量不足引起.具体分析如下：如下图为RS485电路中前端的光耦隔离局部，其中红色选中局部为收发控制电路局部.CPU发出的控 制信号经过缓冲驱动后经光藕隔离，控制通信芯片的收发控制端这里原边上拉电阻为2k ，副边上拉电阻 为 4.7k.当RTS2输出为低电平时0.2V时，光耦饱和导通.ADM483的收发控制段被拉低，收发控制端一直箝位 在低电平而保持为接收状态.当RTS2输出为高电平时3.3V时，光耦断开,ADM483的收发控制段被拉高而 保持为发送状态.由于485为总线制，总线上可能有多个智能设备，所
3、以对于同一时刻，总线上只能有一台设备处于发送 状态，而其他的设备都处于接收状态对于485电路缺省状态，应该为接收状态，防止从机初始化过程或故障 时，影响总线的正常功能.通过示波器对故障样机的各个波形进展测量，首先发现只有总线AB端只有主设备的数据发出，而从设 备没有响应.检测收发控制端口的波形时发现，当其需要低电平将电路嵌位在接收状态时.该电压较高接近 2V.这会导致主设备一直处于发送状态，整个总线都会出现通讯异常说明光耦并没有工作在预想的饱和状 态下，而是工作在放大状态.设备断电一段时候后重启能够正常工作一段时间，是因为光耦的传输比受温度的影响比拟大.当设备 刚刚启动时，系统温度还不是特别高
4、，所以传输比CTR相对较大.而工作一段时间后，温度上来后，传输比CTR 下降经过计算此时的光耦传输比不到60%，光耦没法工作在饱和状态，副边电压，电路工作不正常.原有的电路计算如下：Vce=0.2V, lc二/4.7K=1.021mA, I仁 /2K=1.05mAIf是否满足要求：Ifx=Ic/CTRmin=1.021mA/100%=1.021mAIfIfx 按照公司的降额规X,要审查集电极电压Vce和集电极的平均电流Icav应该满足75%的降额要求.精彩文档 结论：Pass注: CTRmin=100%与物料品质部的同事沟通后，才知道光耦传输比虽然宣称X围是100%-300%,但其是在温度为2
5、5度，f为5mA 时的结果.当温度，或是f为1mA时,其传输比会下降很多其测量的结果如下.对于本次失效的PS2701,上下温下不同IF下的CTR测量情况如下：正常品：失效样品：该光耦的datesheet中有如下资料：由上图可以得出原边电流f与传输比CTR系数之间的关系如下If电流传输比CTR系数1mA0.572mA0.773 mA0.884mA0.965 mA1而光耦会工作在T060摄氏度下，由Ta-CTR关系图可知，一10度时的CTR与25度下的CTR持平,60度时的CTR 时25度下CTR的0.9倍左右.但是物料品质部同事实测出的结果明确却明确，CTR受温度的影响远不在此.58度时的 CT
6、R只是25度下CTR的0.7倍左右.可见CTR受温度的影响非常大.结论公司的降额指导书中提到如下两点：A. 因光耦传输常量分散性较大，在电路设计时一定要注意保证充分的设计裕量，一般是在电路设计计 算时，取光耦传输参量上限值的100和下限值的70分别进展电路计算，要求电路计算合格.光耦传输参 量包括有CTR、Ift、tp等.B. 对于光耦模拟信号的静态工作点IF, 般要求大于1mA静态工作点太低接近死区，容易带来系统温 度特性差，光耦替代性差，电路对光耦批次性敏感等不良问题.优化方案以后我们在进展原理图审查时，应关注以下几点1.计算得到的光耦的原边电流建议大于2mA2计算时对于传输比CTR参数应
7、该取下限值的70%进展计算.3. 对于PS2701系列的光耦，原边二极管取1.2V压降.4. 从控制芯片中输出的低电平电压取0.2V.按照以上4点对于上面的电路进展计算，参考如下： 该电路为收发控制电路，光耦必须要有效的工作在饱和状态和截止状态.Vce=0.2V, I仁/2k=0.95mA原边电流应该大于 2mA.Ic=/4.7k=1.02mA，Ifx=Ic/CTRmin=1.02mA/100%X0.7=1.46mACTR是光耦运行的传输比，在设计中要满足上限100%,下限70%的降额要求.f应满足要求:IfIfx此处不满足该要求结论: Fail注: CTRmin=100%更改方案将电阻R61
8、8更换为620欧姆，重新计算：Vce=0.2V, If=/0.62k=3.06mAIc=/4.7k=1.02mA，Ifx二 lc/CTRmin=1.02mA/100%X0.7=1.46mACTR是光耦运行的传输比，在设计中要满足上限100%,下限70%的降额要求.If应满足要求:lflfx此处满足该要求结论：Pass注：CTRmin=100%电路分析当TXD输出为高时,光耦无法导通，输出为高；当TXD输出为低时，光耦导通,三极管Q52饱和导通，输出为低.该电路中的光耦为高速光耦，从CPU这边传送过来的458信号要经过它传输出去这个电路算的上经典 电路,Vce的电压嵌位在4.3V左右，光耦工作在
9、放大状态.当总线上的传输速率较高时，能够达到较短的上升 和下降时间.1）导通后保证U58管脚4电压足够低,VQ52=0.2V,如此ceIQ52=5V- VQ52/R512二/2K=2.4mAcceIQ52二 IQ52/h =2.4/20mA=0.12mAh 是三极管的放大倍数，数字bcFEFE电路,要保证三极管Q52工作在饱和区，根据器件手册取最小值20；2）光耦U58集电极电流IU58= IQ52+V Q52/R515=0.12mA+0.7V/0.47K=1.609mAcbbe3）期望的光耦输入电流I计算如下：FXI 二 IU58/CTR *0.7=1.609mA/200%*0.7=1.15
10、0mACTR 是FX cMIN光耦运行的传输比，在设计中要满足上限100%，下限70%的降额要求.4）计算实际的输入电流If：If二3.3-Vf-0.2/R518二/0.62=3.065mA光耦导通时，原边二极管的压降Vf取1.2V,原边电流应该大于2mA.满足 IfIfx结论：Pass 另外：测试规X中要求上升时间tr和下降时间tf应该小于最高波特率下周期的1/8.以最高波特率为 19200bps为例，周期为T=52us,因此上升沿tr和下降沿tf应该小于6.5us.根据芯片手册得,Rl的电阻应该200欧姆左右. 如上图中红色方框选中的电路等效电阻应该小于200欧姆.简单计算其等效电路电阻：
11、IC 约为 IU58*CTR =3.065mAfMINR =0.7/3.065mA=233 欧L电路分析：当光电耦合器二极管端2脚为高电平时，光电耦合器不导通,RXDO输出为高.当光电耦合器二极管端2脚为低电平时，光电耦合器工作在线性工作区,三极管Q41发射结正偏，饱和导 通，集电极输出为低，即RXD0输出为低.计算：1）导通后保证RXD电压足够低,VQ41=0.2V,如此ceIQ41=3.3V- V Q41/R408=/2K=1.55mAc ceIQ41= IQ41/h =1.55/20mA=0.0755mAh 是三极管的放大倍数，b c FE FE数字电路,要保证三极管Q41工作在饱和区，
12、根据器件手册取最小值20；2）光耦U8集电极电流IU8= IQ41+V Q41/R407=0.0755mA+0.7V/0.47K=1.654mAc b be3）期望的光耦输入电流I计算如下：FXI = IU8/CTR =1.654mA/ 100%*0.7=2.363mACTR 是光耦运行的FX cMIN传输比,在设计中要满足上限100,下限70的降额要求.4）计算实际的输入电流：U41器件2脚连接在肖特级二极管D401 上,当D401导通，压降最大为0.38V,U41二极管输入电流为I仁/750=4.56mA满足原边电流应该大于2mA.满足 IfIfx结论：Pass注: CTRmin=100%
13、上图是个线形光耦使用的典型例子光耦的工作电流控制在5mA从5到10mA该光耦工作在线形区，外接电阻R11连接在VCC与压腔振荡器VC0 输入端之间，电阻值的设定不能使光耦进入饱和状态,R11二12V-3.3V/5mA=1740Q，选1.8K.光耦M0C8102的Ctrr是100%，光耦Id使用考虑裕量选为8mA;流过光耦LED的电流值由R20来限 定,R20=5VYVu3+VLED/8mA=138Q，选120Q.Vied取为1.4v, tl431的电压取为2.5v如果在此X围内光耦不 饱合，如此光耦可以稳定的工作在线性区保证整个回路的控制.总结光耦的使用需要特别关注几个主要的参数，并且深刻理解Datasheet中所给的参数的前提条件例如 25C环境温度；10mA负载电流；1KHz频率等等前提条件我们在设计中必须要考虑到因素，确保电路从 理论上分析，在任何规定之条件下都能够正常工作，而不是在仅仅在典型值下能工作或实际测试能正常工 作.
