光耦隔离电路.doc

光耦电路设计目录简介：ﻩ2输入电路（原边） 2输出电路（副边） 5电流传播比: ７延时: ９简介：外部信号也许是电压、电流或开关触点,直接接入电路也许会引起瞬时高压、过压、接触点抖动等因此在外部信号输入之前，须通过转换、保护、滤波、隔离等措施对小功率信号解决时: 一般简朴采用RC积分滤波或再添加门电路；而在对大功率信号解决时: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，特别要注意电流传播比的降额，驱动电流关断和开通的大小，与延迟有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似,同步需关注电平匹配、阻抗匹配、驱动功率、负载类型和大小如下针对光耦输入电路设计为例图1 LED驱动电路输入电路（原边)：针对于光耦原边的电路设计，如图1 ，就是设计发光二级管的驱动电路因此须一方面要理解光耦的原边电流ＩF和二极管的导通压降ＶF等有关信息。

根据必要的信息来设计LEＤ驱动电路，和一般的数字输入电路同样，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核心,对于图1的限流电阻R的阻值可以根据下面的公式计算： 　 　　 　 　 　 　 　 　　……………………… ①　基于对抗干扰能力的考虑,一般在接近光耦的原边并联接入一种电容进行滤波并且RC电路的延迟特性也可以达到测试边沿，产生硬件死区、消除抖动等益处同步在数字电路中其延迟特性也许会影响到信号的同步问题（特别是通讯、异步电路、使能控制等）,因此要充足注意电路的时间约束根据设计规定，为了保证输入端和公共端的电压差Ｖiｎ在4V如下时,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种电阻避免输入无效时导致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Viｎ值较小时,并联电阻上的电流不不小于“二极管导通电压ＶF与并联电阻Ｒ的比值”,则光耦的原边电压被电阻钳位,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Vin足够大时,并联电阻上的电流不小于“二极管导通电压ＶF与并联电阻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。

故光耦输入电路一般如图２涉及限流电阻Ｒin、并联电阻R1、滤波电容C１、光耦原边二极管等构成但有时会应用二极管的单向导电性，以求得到单边的迅速响应特性；若双向都放置二极管则可以提高瞬态响应　 输入电路中元器件有关参数可以通过下面的公式计算得出：ﻩﻩﻩ —= IF 　 　 　 …………………………②　　 　 　 …………………………③:RC滤波的截止频率参数拟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ＩF、ＶF和并联电阻Ｒ１;这些参数的拟定跟光耦的技术参数是息息有关,以ＰS８７01为例：由上表,取光耦原边二极管导通压降的典型值1.7V为VF； 从上图得,当VF＝1.7Ｖ、Ｔa＝（-5℃～７5℃）时,IＦ约在３mＡ～　8mA范畴内（IF较大时对ＣTR影响较大）；ＩＦ在1mA—8ｍA范畴内，CTR相对较高在采用数字光耦隔离输入,当输入信号的电压在4.0V如下时，判断为断开状态(OＦＦ);当输入信号电压不小于18.０V时,判断为闭合状态(ON），在4.0V—１8.0V之间其信号状态为不拟定则可以根据①式大概推算出限流电阻Ｒｉｎ范畴为1.９K～5.3K（VF取２.2V）。

初略取一种值Rｉｎ=3.3Ｋ,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本再通过计算调节至有关技术参数满足最新设计规定一般这些参数的变动范畴是比较大并且在拟定参数时是要考虑一定的余量输出电路（副边）:光耦副边——接受光敏三极管在这部分电路设计时必须理解此三极管的基本参数:集电极电流IＣ和集电极到发射极的电压VCＥ针对于光耦副边的接受光敏三极管的电路设计一般有两种设计方案：一种是在三极管的发射极串联电阻RL,再从发射极引出Ｖout（如图３);另一种是在三极管的集电极串联电阻ＲL,再从集电极引出Vｏｕt（如图4) 　这两种设计方案各有不同,图３中电路在抱负条件下,输出波形与输入波形基本相似相位不发生变化，可通过下式④计算输出量:Ｖoｕt = ＩE　* RL ………………………④ 图4中电路在抱负条件下，输出波形与输入波形在相位相差１８０º　　，可通过下式⑤计算输出量:ﻩ ﻩﻩ Voｕt　= Vcc－IC ＊ RＬ　………………………⑤ 通过串联电阻RL可以使得光耦截止时可以保证其副边的输出稳定为了得到较好的输出波形一般在光耦的副边应用RC电路进行滤波（延时）信号不可避免的会浮现失真状况，因此在RC电路后使用施密特触发器再次对付变输出信号加以解决。

故在拟定光耦副边输出电路参数时必须考虑到触发器的门限在光耦隔离电路中输入信号和输出信号实质上是分开的,而它们之间的实质关联是通过电流实现的,即原边二极管前向电流IF和副边三极管导通电流IＣ而ＩF和IC是通过电流传播比(CＴＲ）直接关联的,以此实现输入与输出的关联电流传播比: 　 ＣＴR＝ＩC/IF …………………………… 　　⑥根据光耦的规格书可以得到CTR的范畴值,但ＣTR会受到许多因数的影响，因此在电路设计时必须保存一定的余量由此一旦懂得ＩＣ，就可以通过上式⑥计算出IＦ,从而可以拟定输入电路的有关参数以PS87０1为例: 　从图中看出,以25℃为基准，在其她条件不变的状况下，-5℃的CTR约是25℃的0.9倍,7５℃时最小值基本与2５℃持平由此可以初略计算出Ta=（-5℃~75℃)，IＦ为1６mA状况下，CTR最小值为0.9*15%=１3.5%同理得ＣTＲ最大值为1.1*３5%=３8．5%　 由图可知CTR受IF的影响:假设IF　＝4mＡ,那么如何拟定CTR在Tａ＝（－5℃~7５℃）条件下的最小值对照上图中三条曲线是三个样品测试曲线截取最上一种样品的曲线图从图中可以看出，IF=１６mA时ＣTR约为３０%,而IF=4mＡ时CＴR为45%。

故4mA是16mA的４5%/3０％=1.5倍因此,在IF=4mＡ ／ Ｔａ=(-5℃～75℃）,CTR下限约为13.５％　＊ 1.5=２０.25%同理CTR上限约为3８.5％　* 1.5＝57.8%根据输出电路后端应用的施密特触发器门限，以７４LVC14为例:VH　= ２V ,ＶL ＝0．6V，在输出采用图４电路时,为保证触发器的工作状态,故在ＶL的基本上降额至０.4V，因此光耦副边三极管压降VCＥ=0.4 则在电阻RL的压降为２.9V(VＣＣ=3．３V）,由此根据⑤和⑥得到：=3．58K 　 RL > 3．5８Ｋ　 (此处考虑到RL对CTＲ的影响取RL＝４.7K）同步由下图也可以基本上拟定RL的值在此范畴内延时: 在拟定电路参数时 ，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然会影响到电路的频带以PＳ8701为例：在IF ＝１６mA ／　RL　= ２.２K时,关断延时最大0.8uｓ，导通延迟最大1.2us,因此传播500KHｚ以上的开关信号则PS8701不能满足规定在Ta=（－５℃～75℃)内随着环境温度的增长TPHL 、TPLH也有所变化,在75℃的TPLＨ是25℃时的1．7倍，７５℃时的TPＬH最大值为1.2*1．７=２.04uｓ。

而ＴPHL的最大值约为1.1*0.８=0．８8us据此图根据上面推导原理，可以得出TPLH 在IF=４mＡ时(此处按5mA推）是IF =1６mＡ的0.4倍；而TPHL则是２.７倍因此 Tａ=(-5℃~7５℃)/ＩF=4mA/RL=2．２k时，TPＬH最大值为2.04*0.4=0．816us，而TＰHL的最大值约为０.８8*2.7=2.13uｓTa=2５℃/ IF ＝１６ｍA时，在RL 为4．7K时ＴPLH＝１us、TPHＬ　=0.4５us　;在RL 为2．2K时TPLH＝0.６ｕs、TPHL ＝0.52uｓ;故ＴPLH在RL＝4．7K时是RL＝２.2K的1.7倍,而TPHL则为０.86倍因此在Ta=（-5℃～75℃)/　IＦ　=4ｍＡ、RＬ=4.7K　时　　,TPLH 的最大值为1.39us,ＴPHL 的最大值为1.83ｕs总延迟时间约为2．22us,故上限频率为f0＝1/2.22=450.4５KＨｚPS8701高速光耦电路参数计算：输入规格：Ｖin—mａx＝2４*1.1＝２6．４；Ｖiｎ—mｉn=24*0．９＝21．6;频率: 　　 f0 =　８0ＫＨz限流电阻：Rin　= ３．3K光耦自身规格：VF（ｍaｘ） = 2.2 V二极管导通压降: Vｄ ＝　１ V并联电阻 ： R1 ＝ 2K IF-min ＝ = 4.173mAIF-ｍax = =　5.６2７mＡ由PS8701的ＤAＴＡＳHEＥT可知，IF ＝16／Tａ　=2５℃时的CTＲ= 0．15~0.5，根据上面“电流传播比”部分的阐明可得到IF =４.１7３～５.627ｍA / Tａ ＝(－5℃~75℃）时，ＣTR=20.3％~５７.８%。

由于后级74LＶC14的门限电压VL =0.6Ｖ,降额至0.4V结合输入电流IF ,由下式得： = ３400　　 　 　 ＲL > 3．4K结合光耦副边压降VO　、 RL 和 下图得：　取RL =　４.7K由上面的延时部分　当IF　=４.173mA 时,TＰＬH　= １.39ｕs，TＰＨL　＝ 1.83us，上限频率为ｆ0=1/２.22=450.4５KHz；当IＦ = 5.6２6mA时,TPLH = 1.45us，TPHL = 1.51us，上限频率为f0=1/2.96＝3３7.8４KＨz；。