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光耦的參數的理解(二)

2020/11/4 8:40:24

作者:東方佳訊-王剛

2、光耦CTR

概要:

1)對于工作在線性狀態的光耦要根據實際情況分析;

2)對于工作在開關狀態的光耦要保證光耦導通時CTR 有一定余量;

3)CTR受多個因素影響。

2.1 光耦能否可靠導通實際計算
舉例分析,例如圖.1中的光耦電路,假設 Ri = 1k,Ro = 1k,光耦CTR= 50%,光耦導通時假設二極管壓降為1.6V,副邊三極管飽和導通壓降Vce=0.4V。輸入信號Vi 是5V的方波,
輸出Vcc 是3.3V。Vout 能得到3.3V 的方波嗎?
我們來算算:If = (Vi-1.6V)/Ri = 3.4mA
副邊的電流限制:Ic’ ≤ CTR*If = 1.7mA
假設副邊要飽和導通,那么需要Ic’ = (3.3V – 0.4V)/1k = 2.9mA,大于電流通道限制,所以導通時,Ic會被光耦限制到1.7mA, Vout = Ro*1.7mA = 1.7V

所以副邊得到的是1.7V 的方波。
為什么得不到3.3V 的方波,可以理解為圖.1 光耦電路的電流驅動能力小,只能驅動1.7mA 的電流,所以光耦會增大副邊三極管的導通壓降來限制副邊的電流到1.7mA。
解決措施:增大If;增大CTR;減小Ic。對應措施為:減小Ri 阻值;更換大CTR 光耦;增大Ro 阻值。

將上述參數稍加優化,假設增大Ri 到200歐姆,其他一切條件都不變,Vout能得到3.3V的方波嗎?
重新計算:If = (Vi – 1.6V)/Ri = 17mA;副邊電流限制Ic’ ≤ CTR*If = 8.5mA,遠大于副邊飽和導通需要的電流(2.9mA),所以實際Ic = 2.9mA。

所以,更改Ri 后,Vout 輸出3.3V 的方波。
開關狀態的光耦,實際計算時,一般將電路能正常工作需要的最大Ic 與原邊能提供的最小If 之間Ic/If 的比值與光耦的CTR 參數做比較,如果Ic/If ≤CTR,說明光耦能可靠導通。一般會預留一點余量(建議小于CTR 的90%)。

工作在線性狀態令當別論。

2.2 CTR受那些因素影響
上一節說到設計時要保證一定CTR 余量。就是因為CTR的大小受眾多因素影響,這些因素之中既有導致CTR只離散的因素(不同光耦),又有與CTR 有一致性的參數(殼溫/If)。
1)光耦本身:

以8701為例,CTR 在Ta=25℃/If=16mA時,范圍是(15%~35%)說明 8701 這個型號的光耦,不論何時/何地,任何批次里的一個樣品,只要在Ta=25℃
/If=16mA 這個條件下,CTR 是一個確定的值,都能確定在15%~35%以內。計算導通時,要以下限進行計算,并且保證有余量。計算關斷時要以上限。
2)殼溫影響:
Ta=25℃條件下的CTR 下限確定了,但往往產品里面溫度范圍比較大,比如光耦會工作在(-5~75℃)下,此種情況下CTR 怎么確定?還是看8701 的手冊:有Ta-CTR關系圖:

從圖中看出,以25 度的為基準,在其他條件不變的情況下,-5 度下的CTR 是25 度下的0.9 倍左右,75 度下最小與25 度下的CTR 持平。
所以在 16mA/(-5~75℃)條件下,8701的CTR 最小值是15%*0.9 = 13.5%

3) 受If 影響。
假設如果實際的If是3.4mA,那么如何確定CTR在If=3.4mA / Ta=(-5~75℃)條件下的最小CTR 值。
查看 8701 的If-CTR 曲線。圖中給出了三條曲線,代表抽取了三個樣品做測試得到的If-CTR 曲線,實際只需要一個樣品的曲線即可。

注:此圖容易理解為下限/典型/上限三個曲線,其實不然。大部分圖表曲線只是一個相對關系圖,不能圖中讀出絕對的參數值。
計算:選用最上面一條樣品曲線,由圖中查出,If=16mA 時CTR 大概28%,

在If=3.4mA時CTR 大概在46%。3.4mA 是16mA 時的46%/28% = 1.64倍;
所以,在 If=3.4mA / (-5~75℃),CTR下限為13.5% * 1.64 = 22.2%
以上所有分析都是基于8701 的,其他光耦的特性曲線需要查用戶手冊,分析方法一樣。

3、光耦延時
上述CTR 影響到信號能不能傳過去的問題,類似于直流特性。下面主要分析光耦的延時特性,即光耦能傳送多快信號。
涉及到兩個參數:光耦導通延時tplh 和光耦關斷延時tphl,以8701 為例:在
If=16mA/Ic=2mA 時候,關斷延時最大0.8uS,導通延時最大1.2uS。所以用8701 傳遞500k以上的開關信號就需要不能滿足。

 

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