史上最完整的關(guān)于電耦的完整介紹
在mcu系統(tǒng)中,很多地方都有使用到光耦!
但是光耦是做什么的?都有哪些具體的參數(shù)呢?
但是光耦是做什么的?都有哪些具體的參數(shù)呢?
什么是光耦?
光耦全稱是光耦合器,英文名字是:optical coupler,英文縮寫為OC,亦稱光電隔離器,簡(jiǎn)稱光耦。
光耦的結(jié)構(gòu)是什么樣的?
光耦隔離就是采用光耦合器進(jìn)行隔離,光耦合器的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于把發(fā)光二極管和光敏(三極)管封裝在一起。
為什么要使用光耦?
發(fā)光二極管把輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)傳給光敏管轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出,由于沒有直接的電氣連接,這樣既耦合傳輸了信號(hào),又有隔離干擾的作用。
光耦愛壞嗎?
只要光耦合器質(zhì)量好,電路參數(shù)設(shè)計(jì)合理,一般故障少見。如果系統(tǒng)中出現(xiàn)異常,使輸入、輸出兩側(cè)的電位差超過光耦合器所能承受的電壓,就會(huì)使之被擊穿損壞。
光耦的參數(shù)都有哪些?是什么含義?
1、CTR:電流傳輸比
2、Isolation Voltage:隔離電壓
3、Collector-Emitter Voltage:集電極-發(fā)射極電壓
CTR:發(fā)光管的電流和光敏三極管的電流比的最小值
隔離電壓:發(fā)光管和光敏三極管的隔離電壓的最小值
集電極-發(fā)射極電壓:集電極-發(fā)射極之間的耐壓值的最小值
2、Isolation Voltage:隔離電壓
3、Collector-Emitter Voltage:集電極-發(fā)射極電壓
CTR:發(fā)光管的電流和光敏三極管的電流比的最小值
隔離電壓:發(fā)光管和光敏三極管的隔離電壓的最小值
集電極-發(fā)射極電壓:集電極-發(fā)射極之間的耐壓值的最小值
光耦什么時(shí)候?qū)??什么時(shí)候截至?
關(guān)于TLP521-1的光耦的導(dǎo)通的試驗(yàn)報(bào)告
要求:
3.5v~24v 認(rèn)為是高電平,0v~1.5v認(rèn)為是低電平
思路:
1、0v~1.5v認(rèn)為是低電平,利用串接一個(gè)二極管1N4001的壓降0.7V+光耦的LED的壓降,吃掉1.4V左右;
2、24V是最高電壓,不能在最高電壓的時(shí)候,光耦通過的電流太大;所以選用2K的電阻;光耦工作在大概10mA的電流,可以保證穩(wěn)定可靠工作n年以上;
3、3.5V以上是高電平,為了盡快進(jìn)入光敏三極管的飽和區(qū),要把光耦的光敏三極管的上拉電阻加大;因此選用10K;同時(shí)要考慮到ctr最小為50%;
電路:
1、發(fā)光管端:
實(shí)驗(yàn)室電源(0~24V)->2K->1N4001->TLP521-1(1)->TLP521-1(2)-gnd1
2、光敏三極管:
實(shí)驗(yàn)室電源(DC5V)->10K->TLP521-1(4)->TLP521-1(3)-gnd2
3、萬用表
直流電壓擋20V
萬用表+-> TLP521-1(4)
萬用表--> TLP521-1(3)
試驗(yàn)結(jié)果
輸入電源 萬用表電壓(V)
1.3V 5
1.5V 4.8
1.7V 4.41
1.9V 3.58
2.1V 2.94
2.3V 1.8
2.5V 0.58
2.7V 0.2
2.9V 0.19
3.1V 0.17
3.3V 0.16
3.5V 0.16
5V 0.13
24V 0.06
要求:
3.5v~24v 認(rèn)為是高電平,0v~1.5v認(rèn)為是低電平
思路:
1、0v~1.5v認(rèn)為是低電平,利用串接一個(gè)二極管1N4001的壓降0.7V+光耦的LED的壓降,吃掉1.4V左右;
2、24V是最高電壓,不能在最高電壓的時(shí)候,光耦通過的電流太大;所以選用2K的電阻;光耦工作在大概10mA的電流,可以保證穩(wěn)定可靠工作n年以上;
3、3.5V以上是高電平,為了盡快進(jìn)入光敏三極管的飽和區(qū),要把光耦的光敏三極管的上拉電阻加大;因此選用10K;同時(shí)要考慮到ctr最小為50%;
電路:
1、發(fā)光管端:
實(shí)驗(yàn)室電源(0~24V)->2K->1N4001->TLP521-1(1)->TLP521-1(2)-gnd1
2、光敏三極管:
實(shí)驗(yàn)室電源(DC5V)->10K->TLP521-1(4)->TLP521-1(3)-gnd2
3、萬用表
直流電壓擋20V
萬用表+-> TLP521-1(4)
萬用表--> TLP521-1(3)
試驗(yàn)結(jié)果
輸入電源 萬用表電壓(V)
1.3V 5
1.5V 4.8
1.7V 4.41
1.9V 3.58
2.1V 2.94
2.3V 1.8
2.5V 0.58
2.7V 0.2
2.9V 0.19
3.1V 0.17
3.3V 0.16
3.5V 0.16
5V 0.13
24V 0.06
思考題:光耦的CTR(電流傳輸比)是什么含義?
思考題:
1、光耦的CTR(電流傳輸比)是什么含義?
2、CTR與上拉電阻和光耦的光敏三極管之間與飽和導(dǎo)通或者截至之間的關(guān)系;
參考資料:TLP521-1的CTR為50%(最小值);
1、光耦的CTR(電流傳輸比)是什么含義?
2、CTR與上拉電阻和光耦的光敏三極管之間與飽和導(dǎo)通或者截至之間的關(guān)系;
參考資料:TLP521-1的CTR為50%(最小值);
TLP521-1的長(zhǎng)相
光藕的電流傳輸比
電流傳輸比是光藕的重要參數(shù),通常用直流電流傳輸比來表示。其條件是:當(dāng)輸出電壓保持恒定時(shí),等于直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比,說明要獲得同樣的輸出電流IC,電流傳輸比越大,需要的輸入電流IF越小。這表明光藕器件的最主要特征是電流型器件。
光耦的分類:
1、低速光耦
2、高速光耦
3、線性光耦
2、高速光耦
3、線性光耦
線性光耦原理與電路設(shè)計(jì)
大部分的光耦都是低速光耦
6N137的測(cè)試電路
最小 (CTR在100℃)=100%x0.80x0.80=64%
R_{1}=\frac{(V_{CC}-V_{F})}{I_{F}} →(1)
I_{F}=\frac{I_{CE}}{CTR} →(2)
首先確定所需的I_{CE},然后可以確定I_{F}。從以上計(jì)算可知CTR為64%。假設(shè)所需I_{CE}為1mA。
從公式 2可得:I_{F}=\frac{1mA}{0.64}=1.56mA
從表2可知在100℃當(dāng)V_{F}= 1.1 V時(shí),V_{CC}= 5V;
功耗=(V_{F} I_{F})+(V_{CE} I_{CE})
(導(dǎo)通狀態(tài)) =(1.1V 1.56mA)+(0.4V 1mA)=2.117mA
根據(jù)圖1的數(shù)據(jù),當(dāng)溫度從0℃上升到100℃時(shí),MFP封裝的CTR從+9%下降到 -50%。最小CTR (I_{F}=5mA)為100%。假設(shè)LED電流為(I_{F}=1mA),CTR增益為100%,那么I_{CE}等于1mA。當(dāng)工作10年后,CTR一般會(huì)下降20%。現(xiàn)在,我們可以算出上述條件下最小的CTR:
最小 (CTR在100℃) =100%x0.50x0.80=40%
首先確定所需的I_{CE},然后可以確定I_{F}。從以上計(jì)算可知CTR為40%。假設(shè)所需I_{CE}為1mA。
從公式 2可得:I_{F}=\frac{1mA}{0.4}=2.5mA
從表4可知在100℃當(dāng)V_{F}= 1.15 V時(shí),V_{CC}= 5V;
功耗=(V_{F} I_{F})+(V_{CE} I_{CE})
(導(dǎo)通狀態(tài)) =(1.15V 2.5mA)+(0.4V 1mA)=3.28mA
熱阻
表5列出了兩種不同封裝在同樣電氣特性下的熱性能。封裝密度和封裝材料對(duì)于封裝從結(jié)點(diǎn)到周圍的散熱能力有很大影響。由于Microcoupler 的封裝密度較小,因此具有比MFP封裝更多的從裸片結(jié)點(diǎn)散熱的路徑。
計(jì)算光耦合器裸片溫度相對(duì)于周圍溫度的上升:
T_{J}=P_{DEVICE\phantom{8}POWER} _{JA}+T_{A}
Microcoupler
Tj (發(fā)射器) = 100.44℃
Tj (檢測(cè)器) = 100.05℃
MFP
Tj (發(fā)射器) = 103.96℃
Tj (檢測(cè)器) = 100.06℃
結(jié)論
在100℃的溫度環(huán)境維持相同增益的前提下,Microcoupler的功耗比標(biāo)準(zhǔn)MFP封裝低約35%。Microcoupler封裝的高效率LED和較佳的熱性能是在高溫應(yīng)用下獲得低功耗的主因。這些優(yōu)點(diǎn)為設(shè)計(jì)人員的高溫應(yīng)用提供了理想的低功耗解決方案。
最著名的當(dāng)然是TLP521-1;
PC817、814等也是經(jīng)常使用的光耦;
PC817、814等也是經(jīng)常使用的光耦;
高速光耦最著名也最便宜的是6N137
在通訊電路設(shè)計(jì)中,光耦是經(jīng)常見到的;
在通訊電路設(shè)計(jì)中,光耦是經(jīng)常見到的;
TLP521-1可以用到9600~19200;
限流電阻是1K;上拉電阻是1K;
6N137可以到10M;但是6N137需要按照datasheet來接它的外部電路才能達(dá)到10M的速度;
限流電阻是1K;上拉電阻是1K;
6N137可以到10M;但是6N137需要按照datasheet來接它的外部電路才能達(dá)到10M的速度;
6N137的內(nèi)部和典型電路
6N137的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
6N137的測(cè)試電路
6N137的使用注意點(diǎn):
1、高速光耦的驅(qū)動(dòng)LED的電流要求比較大,LED的壓降也比較大,在5V情況下,限流電阻我選擇的是680歐姆;
2、上拉電阻需要調(diào)整到1K或者更小才能達(dá)到10M的速度;(印象記憶中)
2、上拉電阻需要調(diào)整到1K或者更小才能達(dá)到10M的速度;(印象記憶中)
還有一種特殊的光耦,內(nèi)部有2個(gè)發(fā)光管
常見之高速光藕型號(hào)
常見之高速光藕型號(hào)[zt]
經(jīng)查大量資料后,總結(jié)出目前市場(chǎng)上常見之高速光藕型號(hào)供大家選擇:
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(雙路)、HCPL-2531(雙路)
10M bit/S:
6N137、PS9614、PS9714、PS9611、PS9715、HCPL-2601、HCPL-2611、HCPL-2630(雙路)、HCPL-2631(雙路)
另外,臺(tái)灣COSMO公司的KP7010在RL選值為300歐左右時(shí),我根據(jù)其數(shù)據(jù)手冊(cè)所載數(shù)值計(jì)算,速率可達(dá)100Kbit/S,且為6腳封裝,比同級(jí)的6N138、6N139小巧,價(jià)格也較低。
經(jīng)查大量資料后,總結(jié)出目前市場(chǎng)上常見之高速光藕型號(hào)供大家選擇:
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(雙路)、HCPL-2531(雙路)
10M bit/S:
6N137、PS9614、PS9714、PS9611、PS9715、HCPL-2601、HCPL-2611、HCPL-2630(雙路)、HCPL-2631(雙路)
另外,臺(tái)灣COSMO公司的KP7010在RL選值為300歐左右時(shí),我根據(jù)其數(shù)據(jù)手冊(cè)所載數(shù)值計(jì)算,速率可達(dá)100Kbit/S,且為6腳封裝,比同級(jí)的6N138、6N139小巧,價(jià)格也較低。
CTR的定義
光耦合器的增益被稱為晶體管輸出器件的電流傳輸比 (CTR),其定義是光電晶體管集電極電流與LED正向電流的比率(ICE/IF)。光電晶體管集電極電流與VCE有關(guān),即集電極和發(fā)射極之間的電壓
MICROCOUPLER為高溫應(yīng)用提升功耗性能
MICROCOUPLER為高溫應(yīng)用提升功耗性能 |
飛兆半導(dǎo)體 Muralitharan Samy、Krishnan Ramdass、Robert Krause |
光耦合器是具有絕緣安全性及在輸入和輸出之間實(shí)現(xiàn)電氣信號(hào)隔離功能的器件,其絕緣和噪聲抑制特性來自于采用的機(jī)械結(jié)構(gòu)和材料。 光耦合器由一個(gè)光源和一個(gè)由透明光導(dǎo)管圍繞的感光檢測(cè)器組成,并藏于環(huán)氧塑料封裝內(nèi)。光源是紅外LED,用來將電流轉(zhuǎn)換為光。感光檢測(cè)器是一個(gè)硅光電二極管,作用是將光轉(zhuǎn)換回電流,然后通過集成的晶體管被放大。光耦合器的增益被稱為晶體管輸出器件的電流傳輸比 (CTR),其定義是光電晶體管集電極電流與LED正向電流的比率(ICE/IF)。光電晶體管集電極電流與VCE有關(guān),即集電極和發(fā)射極之間的電壓。 額定工作溫度高達(dá)100℃的設(shè)計(jì)的出現(xiàn),使業(yè)界對(duì)熱穩(wěn)定性和低驅(qū)動(dòng)電流的需求飚升。封裝技術(shù)的進(jìn)步也在推動(dòng)光耦合器封裝的發(fā)展。從DIP (雙列直插式) 轉(zhuǎn)至SOP (小型封裝) 及MFP (微型扁平封裝) 減小了占位面積,提升了光耦合器的熱性能。體積的減小也有助于在工作溫度范圍內(nèi)增加熱存儲(chǔ)和穩(wěn)定性。 飛兆半導(dǎo)體的Microcoupler (FODB100)是無鉛表貼光耦合器,提供高達(dá)125℃的封裝工作溫度。隨著工作溫度的提升,電氣性能和穩(wěn)定性成為重要的課題。面對(duì)這些挑戰(zhàn),新的LED材料被選用以便在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)提高CTR穩(wěn)定性。AlGaAs (鋁砷化稼) 紅外發(fā)光二極管在一定溫度范圍內(nèi)較GaAs (砷化稼) 紅外發(fā)光二極管具有更好的穩(wěn)定性。AlGaAs LED可于低電流 (最低達(dá)500 A) 下工作。更小型的封裝和更佳的Ired材料使Microcoupler比傳統(tǒng)的光耦合器封裝在較高的工作溫度范圍內(nèi)具有更加穩(wěn)定的電氣性能。 |
圖1功耗的計(jì)算圖1所示為MFP封裝與Microcoupler在工作溫度范圍內(nèi)CTR性能的比較。Microcoupler在100℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)化CTR下降率約為20%,而MFP封裝則為50%。較小的熱體積和較高效率的AlGaAs Ired材料是Microcoupler獲得較佳CTR穩(wěn)定性的原因。由于該產(chǎn)品在一定溫度范圍內(nèi)展現(xiàn)較高的穩(wěn)定性,因此更易于在高溫范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
根據(jù)圖1的數(shù)據(jù),當(dāng)溫度從0℃上升到100℃時(shí),F(xiàn)ODB100的CTR從+8%下降到 20%。最小CTR(I_{F}=1mA)為100%。當(dāng)工作10年后,CTR一般會(huì)下降20%?,F(xiàn)在,我們可以算出上述條件下最小的CTR:
根據(jù)圖1的數(shù)據(jù),當(dāng)溫度從0℃上升到100℃時(shí),F(xiàn)ODB100的CTR從+8%下降到 20%。最小CTR(I_{F}=1mA)為100%。當(dāng)工作10年后,CTR一般會(huì)下降20%?,F(xiàn)在,我們可以算出上述條件下最小的CTR:
最小 (CTR在100℃)=100%x0.80x0.80=64%
R_{1}=\frac{(V_{CC}-V_{F})}{I_{F}} →(1)
I_{F}=\frac{I_{CE}}{CTR} →(2)
首先確定所需的I_{CE},然后可以確定I_{F}。從以上計(jì)算可知CTR為64%。假設(shè)所需I_{CE}為1mA。
從公式 2可得:I_{F}=\frac{1mA}{0.64}=1.56mA
從表2可知在100℃當(dāng)V_{F}= 1.1 V時(shí),V_{CC}= 5V;
功耗=(V_{F} I_{F})+(V_{CE} I_{CE})
(導(dǎo)通狀態(tài)) =(1.1V 1.56mA)+(0.4V 1mA)=2.117mA
根據(jù)圖1的數(shù)據(jù),當(dāng)溫度從0℃上升到100℃時(shí),MFP封裝的CTR從+9%下降到 -50%。最小CTR (I_{F}=5mA)為100%。假設(shè)LED電流為(I_{F}=1mA),CTR增益為100%,那么I_{CE}等于1mA。當(dāng)工作10年后,CTR一般會(huì)下降20%。現(xiàn)在,我們可以算出上述條件下最小的CTR:
最小 (CTR在100℃) =100%x0.50x0.80=40%
首先確定所需的I_{CE},然后可以確定I_{F}。從以上計(jì)算可知CTR為40%。假設(shè)所需I_{CE}為1mA。
從公式 2可得:I_{F}=\frac{1mA}{0.4}=2.5mA
從表4可知在100℃當(dāng)V_{F}= 1.15 V時(shí),V_{CC}= 5V;
功耗=(V_{F} I_{F})+(V_{CE} I_{CE})
(導(dǎo)通狀態(tài)) =(1.15V 2.5mA)+(0.4V 1mA)=3.28mA
熱阻
表5列出了兩種不同封裝在同樣電氣特性下的熱性能。封裝密度和封裝材料對(duì)于封裝從結(jié)點(diǎn)到周圍的散熱能力有很大影響。由于Microcoupler 的封裝密度較小,因此具有比MFP封裝更多的從裸片結(jié)點(diǎn)散熱的路徑。
計(jì)算光耦合器裸片溫度相對(duì)于周圍溫度的上升:
T_{J}=P_{DEVICE\phantom{8}POWER} _{JA}+T_{A}
Microcoupler
Tj (發(fā)射器) = 100.44℃
Tj (檢測(cè)器) = 100.05℃
MFP
Tj (發(fā)射器) = 103.96℃
Tj (檢測(cè)器) = 100.06℃
結(jié)論
在100℃的溫度環(huán)境維持相同增益的前提下,Microcoupler的功耗比標(biāo)準(zhǔn)MFP封裝低約35%。Microcoupler封裝的高效率LED和較佳的熱性能是在高溫應(yīng)用下獲得低功耗的主因。這些優(yōu)點(diǎn)為設(shè)計(jì)人員的高溫應(yīng)用提供了理想的低功耗解決方案。
可控硅型光耦
還有一種光耦是可控硅型光耦。
例如:moc3063、IL420;
它們的主要指標(biāo)是負(fù)載能力;
例如:moc3063的負(fù)載能力是100mA;IL420是300mA;
例如:moc3063、IL420;
它們的主要指標(biāo)是負(fù)載能力;
例如:moc3063的負(fù)載能力是100mA;IL420是300mA;
上傳IL420的pdf文檔
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FEATURES
? High Input Sensitivity IFT=2 mA
? Blocking Voltage, 600 V
? 300 mA On-State Current
? High Static dv/dt 10,000 V/ms
? Inverse Parallel SCRs Provide Commutatingdv/dt >2K V/ms
? Very Low Leakage <10mA
? Isolation Test Voltage from Double
Molded
Package 5300 VAC
RMS
? Small 6-Pin DIP Package
? Underwriters Lab File #E52744
? VDE 0884 Available with Option 1
Maximum Ratings
Emitter
Reverse Voltage ................................................ 6 V
Forward Current ........................................... 60 mA
Surge Current..................................................2.5 A
Power Dissipation.......................................100 mW
Derate from 25°C ................................1.33 mW/°C
Thermal Resistance..................................750°C/W
Detector
Peak Off-State Voltage ...................................600 V
Peak Reverse Voltage ....................................600 V
RMS On-State Current.................................300 mA
Single Cycle Surge............................................ 3 A
Total Power Dissipation ..............................500 mW
Derate from 25°C ..................................6.6 mW/°C
Thermal Resistance...................................150°C/W
Package
Storage Temperature................... –55°C to +150°C
Operating Temperature ............... –55°C to +100°C
Lead Soldering Temperature.............. 260°C/5 sec.
Isolation Test Voltage.........................5300 VACRMS
DESCRIPTION
The IL420 consists of a GaAs IRLED optically coupled to a photosensitive
non-zero crossing TRIAC network. The TRIAC consists of two
inverse parallel connected monolithic SCRs. These three semiconductors
are assembled in a six pin 0.3 inch dual in-line package, using high
insulation double molded, over/under leadframe construction.
High input sensitivity is achieved by using an emitter follower phototransistor
and a cascaded SCR predriver resulting in an LED trigger
current of less than 2 mA (DC).
The IL420 uses two discrete SCRs resulting in a commutating dV/dt of
greater than 10KV/ms. The use of a proprietary
dv/dt clamp
results in a
static dV/dt of greater than 10KV/ms. This clamp circuit has a MOSFET
that is enhanced when high dV/dt spikes occur between MT1 and MT2
of the TRIAC. When conducting, the FET clamps the base of the phototransistor,
disabling the first stage SCR predriver.
The 600 V blocking voltage permits control of off-line voltages up to 240
VAC, with a safety factor of more than two, and is sufficient for as much
as 380 VAC.
The IL420 isolates low-voltage logic from 120, 240, and 380 VAC lines to
control resistive, inductive, or capacitive loads including motors, solenoids,
high current thyristors or TRIAC and relays.
Applications include solid-state relays, industrial controls, office equipment,
and consumer appliances.
FEATURES
? High Input Sensitivity IFT=2 mA
? Blocking Voltage, 600 V
? 300 mA On-State Current
? High Static dv/dt 10,000 V/ms
? Inverse Parallel SCRs Provide Commutatingdv/dt >2K V/ms
? Very Low Leakage <10mA
? Isolation Test Voltage from Double
Molded
Package 5300 VAC
RMS
? Small 6-Pin DIP Package
? Underwriters Lab File #E52744
? VDE 0884 Available with Option 1
Maximum Ratings
Emitter
Reverse Voltage ................................................ 6 V
Forward Current ........................................... 60 mA
Surge Current..................................................2.5 A
Power Dissipation.......................................100 mW
Derate from 25°C ................................1.33 mW/°C
Thermal Resistance..................................750°C/W
Detector
Peak Off-State Voltage ...................................600 V
Peak Reverse Voltage ....................................600 V
RMS On-State Current.................................300 mA
Single Cycle Surge............................................ 3 A
Total Power Dissipation ..............................500 mW
Derate from 25°C ..................................6.6 mW/°C
Thermal Resistance...................................150°C/W
Package
Storage Temperature................... –55°C to +150°C
Operating Temperature ............... –55°C to +100°C
Lead Soldering Temperature.............. 260°C/5 sec.
Isolation Test Voltage.........................5300 VACRMS
DESCRIPTION
The IL420 consists of a GaAs IRLED optically coupled to a photosensitive
non-zero crossing TRIAC network. The TRIAC consists of two
inverse parallel connected monolithic SCRs. These three semiconductors
are assembled in a six pin 0.3 inch dual in-line package, using high
insulation double molded, over/under leadframe construction.
High input sensitivity is achieved by using an emitter follower phototransistor
and a cascaded SCR predriver resulting in an LED trigger
current of less than 2 mA (DC).
The IL420 uses two discrete SCRs resulting in a commutating dV/dt of
greater than 10KV/ms. The use of a proprietary
dv/dt clamp
results in a
static dV/dt of greater than 10KV/ms. This clamp circuit has a MOSFET
that is enhanced when high dV/dt spikes occur between MT1 and MT2
of the TRIAC. When conducting, the FET clamps the base of the phototransistor,
disabling the first stage SCR predriver.
The 600 V blocking voltage permits control of off-line voltages up to 240
VAC, with a safety factor of more than two, and is sufficient for as much
as 380 VAC.
The IL420 isolates low-voltage logic from 120, 240, and 380 VAC lines to
control resistive, inductive, or capacitive loads including motors, solenoids,
high current thyristors or TRIAC and relays.
Applications include solid-state relays, industrial controls, office equipment,
and consumer appliances.
可控硅型光耦
還有一種光耦是可控硅型光耦。
例如:moc3063、IL420;
它們的主要指標(biāo)是負(fù)載能力;
例如:moc3063的負(fù)載能力是100mA;IL420是300mA;
例如:moc3063、IL420;
它們的主要指標(biāo)是負(fù)載能力;
例如:moc3063的負(fù)載能力是100mA;IL420是300mA;
上傳IL420的pdf文檔
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FEATURES
? High Input Sensitivity IFT=2 mA
? Blocking Voltage, 600 V
? 300 mA On-State Current
? High Static dv/dt 10,000 V/ms
? Inverse Parallel SCRs Provide Commutatingdv/dt >2K V/ms
? Very Low Leakage <10mA
? Isolation Test Voltage from Double
Molded
Package 5300 VAC
RMS
? Small 6-Pin DIP Package
? Underwriters Lab File #E52744
? VDE 0884 Available with Option 1
Maximum Ratings
Emitter
Reverse Voltage ................................................ 6 V
Forward Current ........................................... 60 mA
Surge Current..................................................2.5 A
Power Dissipation.......................................100 mW
Derate from 25°C ................................1.33 mW/°C
Thermal Resistance..................................750°C/W
Detector
Peak Off-State Voltage ...................................600 V
Peak Reverse Voltage ....................................600 V
RMS On-State Current.................................300 mA
Single Cycle Surge............................................ 3 A
Total Power Dissipation ..............................500 mW
Derate from 25°C ..................................6.6 mW/°C
Thermal Resistance...................................150°C/W
Package
Storage Temperature................... –55°C to +150°C
Operating Temperature ............... –55°C to +100°C
Lead Soldering Temperature.............. 260°C/5 sec.
Isolation Test Voltage.........................5300 VACRMS
DESCRIPTION
The IL420 consists of a GaAs IRLED optically coupled to a photosensitive
non-zero crossing TRIAC network. The TRIAC consists of two
inverse parallel connected monolithic SCRs. These three semiconductors
are assembled in a six pin 0.3 inch dual in-line package, using high
insulation double molded, over/under leadframe construction.
High input sensitivity is achieved by using an emitter follower phototransistor
and a cascaded SCR predriver resulting in an LED trigger
current of less than 2 mA (DC).
The IL420 uses two discrete SCRs resulting in a commutating dV/dt of
greater than 10KV/ms. The use of a proprietary
dv/dt clamp
results in a
static dV/dt of greater than 10KV/ms. This clamp circuit has a MOSFET
that is enhanced when high dV/dt spikes occur between MT1 and MT2
of the TRIAC. When conducting, the FET clamps the base of the phototransistor,
disabling the first stage SCR predriver.
The 600 V blocking voltage permits control of off-line voltages up to 240
VAC, with a safety factor of more than two, and is sufficient for as much
as 380 VAC.
The IL420 isolates low-voltage logic from 120, 240, and 380 VAC lines to
control resistive, inductive, or capacitive loads including motors, solenoids,
high current thyristors or TRIAC and relays.
Applications include solid-state relays, industrial controls, office equipment,
and consumer appliances.
FEATURES
? High Input Sensitivity IFT=2 mA
? Blocking Voltage, 600 V
? 300 mA On-State Current
? High Static dv/dt 10,000 V/ms
? Inverse Parallel SCRs Provide Commutatingdv/dt >2K V/ms
? Very Low Leakage <10mA
? Isolation Test Voltage from Double
Molded
Package 5300 VAC
RMS
? Small 6-Pin DIP Package
? Underwriters Lab File #E52744
? VDE 0884 Available with Option 1
Maximum Ratings
Emitter
Reverse Voltage ................................................ 6 V
Forward Current ........................................... 60 mA
Surge Current..................................................2.5 A
Power Dissipation.......................................100 mW
Derate from 25°C ................................1.33 mW/°C
Thermal Resistance..................................750°C/W
Detector
Peak Off-State Voltage ...................................600 V
Peak Reverse Voltage ....................................600 V
RMS On-State Current.................................300 mA
Single Cycle Surge............................................ 3 A
Total Power Dissipation ..............................500 mW
Derate from 25°C ..................................6.6 mW/°C
Thermal Resistance...................................150°C/W
Package
Storage Temperature................... –55°C to +150°C
Operating Temperature ............... –55°C to +100°C
Lead Soldering Temperature.............. 260°C/5 sec.
Isolation Test Voltage.........................5300 VACRMS
DESCRIPTION
The IL420 consists of a GaAs IRLED optically coupled to a photosensitive
non-zero crossing TRIAC network. The TRIAC consists of two
inverse parallel connected monolithic SCRs. These three semiconductors
are assembled in a six pin 0.3 inch dual in-line package, using high
insulation double molded, over/under leadframe construction.
High input sensitivity is achieved by using an emitter follower phototransistor
and a cascaded SCR predriver resulting in an LED trigger
current of less than 2 mA (DC).
The IL420 uses two discrete SCRs resulting in a commutating dV/dt of
greater than 10KV/ms. The use of a proprietary
dv/dt clamp
results in a
static dV/dt of greater than 10KV/ms. This clamp circuit has a MOSFET
that is enhanced when high dV/dt spikes occur between MT1 and MT2
of the TRIAC. When conducting, the FET clamps the base of the phototransistor,
disabling the first stage SCR predriver.
The 600 V blocking voltage permits control of off-line voltages up to 240
VAC, with a safety factor of more than two, and is sufficient for as much
as 380 VAC.
The IL420 isolates low-voltage logic from 120, 240, and 380 VAC lines to
control resistive, inductive, or capacitive loads including motors, solenoids,
high current thyristors or TRIAC and relays.
Applications include solid-state relays, industrial controls, office equipment,
and consumer appliances.
光耦的部分型號(hào)
產(chǎn)品名稱 | 型號(hào)規(guī)格 | 性能說明 |
光電耦合 | ||
4N25 | 晶體管輸出 | |
4N25MC | 晶體管輸出 | |
4N26 | 晶體管輸出 | |
4N27 | 晶體管輸出 | |
4N28 | 晶體管輸出 | |
4N29 | 達(dá)林頓輸出 | |
4N30 | 達(dá)林頓輸出 | |
4N31 | 達(dá)林頓輸出 | |
4N32 | 達(dá)林頓輸出 | |
4N33 | 達(dá)林頓輸出 | |
4N33MC | 達(dá)林頓輸出 | |
4N35 | 達(dá)林頓輸出 | |
4N36 | 晶體管輸出 | |
4N37 | 晶體管輸出 | |
4N38 | 晶體管輸出 | |
4N39 | 可控硅輸出 | |
6N135 | 高速光耦晶體管輸出 | |
6N136 | 高速光耦晶體管輸出 | |
6N137 | 高速光耦晶體管輸出 | |
6N138 | 達(dá)林頓輸出 | |
6N139 | 達(dá)林頓輸出 | |
MOC3020 | 可控硅驅(qū)動(dòng)輸出 | |
MOC3021 | 可控硅驅(qū)動(dòng)輸出 | |
MOC3023 | 可控硅驅(qū)動(dòng)輸出 | |
MOC3030 | 可控硅驅(qū)動(dòng)輸出 | |
MOC3040 | 過零觸發(fā)可控硅輸出 | |
MOC3041 | 過零觸發(fā)可控硅輸出 | |
MOC3061 | 過零觸發(fā)可控硅輸出 | |
MOC3081 | 過零觸發(fā)可控硅輸出 | |
TLP521-1 | 單光耦 | |
TLP521-2 | 雙光耦 | |
TLP521-4 | 四光耦 | |
TLP621 | 四光耦 | |
TIL113 | 達(dá)林頓輸出 | |
TIL117 | TTL邏輯輸出 | |
PC814 | 單光耦 | |
PC817 | 單光耦 | |
H11A2 | 晶體管輸出 | |
H11D1 | 高壓晶體管輸出 | |
H11G2 | 電阻達(dá)林頓輸出 |
線性光耦原理與電路設(shè)計(jì) 1. 線形光耦介紹
光隔離是一種很常用的信號(hào)隔離形式。常用光耦器件及其外圍電路組成。由于光耦電路簡(jiǎn)單,在數(shù)字隔離電路或數(shù)據(jù)傳輸電路中常常用到,如UART協(xié)議的20mA電流環(huán)。對(duì)于模擬信號(hào),光耦因?yàn)檩斎胼敵龅木€形較差,并且隨溫度變化較大,限制了其在模擬信號(hào)隔離的應(yīng)用。 對(duì)于高頻交流模擬信號(hào),變壓器隔離是最常見的選擇,但對(duì)于支流信號(hào)卻不適用。一些廠家提供隔離放大器作為模擬信號(hào)隔離的解決方案,如ADI的AD202,能夠提供從直流到幾K的頻率內(nèi)提供0.025%的線性度,但這種隔離器件內(nèi)部先進(jìn)行電壓-頻率轉(zhuǎn)換,對(duì)產(chǎn)生的交流信號(hào)進(jìn)行變壓器隔離,然后進(jìn)行頻率-電壓轉(zhuǎn)換得到隔離效果。集成的隔離放大器內(nèi)部電路復(fù)雜,體積大,成本高,不適合大規(guī)模應(yīng)用。 模擬信號(hào)隔離的一個(gè)比較好的選擇是使用線形光耦。線性光耦的隔離原理與普通光耦沒有差別,只是將普通光耦的單發(fā)單收模式稍加改變,增加一個(gè)用于反饋的光接受電路用于反饋。這樣,雖然兩個(gè)光接受電路都是非線性的,但兩個(gè)光接受電路的非線性特性都是一樣的,這樣,就可以通過反饋通路的非線性來抵消直通通路的非線性,從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)線性隔離的目的。 市場(chǎng)上的線性光耦有幾中可選擇的芯片,如Agilent公司的HCNR200/201,TI子公司TOAS的TIL300,CLARE的LOC111等。這里以HCNR200/201為例介紹 2. 芯片介紹與原理說明 HCNR200/201的內(nèi)部框圖如下所示 |
其中1、2引作為隔離信號(hào)的輸入,3、4引腳用于反饋,5、6引腳用于輸出。1、2引腳之間的電流記作IF,3、4引腳之間和5、6引腳之間的電流分別記作IPD1和IPD2。輸入信號(hào)經(jīng)過電壓-電流轉(zhuǎn)化,電壓的變化體現(xiàn)在電流IF上,IPD1和IPD2基本與IF成線性關(guān)系,線性系數(shù)分別記為K1和K2,即
K1與K2一般很小(HCNR200是0.50%),并且隨溫度變化較大(HCNR200的變化范圍在0.25%到0.75%之間),但芯片的設(shè)計(jì)使得K1和K2相等。在后面可以看到,在合理的外圍電路設(shè)計(jì)中,真正影響輸出/輸入比值的是二者的比值K3,線性光耦正利用這種特性才能達(dá)到滿意的線性度的。
HCNR200和HCNR201的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同,差別在于一些指標(biāo)上。相對(duì)于HCNR200,HCNR201提供更高的線性度。
采用HCNR200/201進(jìn)行隔離的一些指標(biāo)如下所示:
* 線性度:HCNR200:0.25%,HCNR201:0.05%;
* 線性系數(shù)K3:HCNR200:15%,HCNR201:5%;
* 溫度系數(shù): -65ppm/oC;
* 隔離電壓:1414V;
* 信號(hào)帶寬:直流到大于1MHz。
從上面可以看出,和普通光耦一樣,線性光耦真正隔離的是電流,要想真正隔離電壓,需要在輸出和輸出處增加運(yùn)算放大器等輔助電路。下面對(duì)HCNR200/201的典型電路進(jìn)行分析,對(duì)電路中如何實(shí)現(xiàn)反饋以及電流-電壓、電壓-電流轉(zhuǎn)換進(jìn)行推導(dǎo)與說明。
3. 典型電路分析
Agilent公司的HCNR200/201的手冊(cè)上給出了多種實(shí)用電路,其中較為典型的一種如下圖所示:
輸入端電壓為Vin,輸出端電壓為Vout,光耦保證的兩個(gè)電流傳遞系數(shù)分別為K1、K2,顯然,,和之間的關(guān)系取決于和之間的關(guān)系。將前級(jí)運(yùn)放的電路提出來看,如下圖所示:
設(shè)運(yùn)放負(fù)端的電壓為,運(yùn)放輸出端的電壓為,在運(yùn)放不飽和的情況下二者滿足下面的關(guān)系:Vo=Voo-GVi(1)
其中是在運(yùn)放輸入差模為0時(shí)的輸出電壓,G為運(yùn)放的增益,一般比較大。
忽略運(yùn)放負(fù)端的輸入電流,可以認(rèn)為通過R1的電流為IP1,根據(jù)R1的歐姆定律得:
通過R3兩端的電流為IF,根據(jù)歐姆定律得:
其中,為光耦2腳的電壓,考慮到LED導(dǎo)通時(shí)的電壓()基本不變,這里的作為常數(shù)對(duì)待。
根據(jù)光耦的特性,即
K1=IP1/IF (4)
將和的表達(dá)式代入上式,可得:
上式經(jīng)變形可得到:
將的表達(dá)式代入(3)式可得:
考慮到G特別大,則可以做以下近似:
這樣,輸出與輸入電壓的關(guān)系如下:
可見,在上述電路中,輸出和輸入成正比,并且比例系數(shù)只由K3和R1、R2確定。一般選R1=R2,達(dá)到只隔離不放大的目的。
4. 輔助電路與參數(shù)確定
上面的推導(dǎo)都是假定所有電路都是工作在線性范圍內(nèi)的,要想做到這一點(diǎn)需要對(duì)運(yùn)放進(jìn)行合理選型,并且確定電阻的阻值。
4.1 運(yùn)放選型
運(yùn)放可以是單電源供電或正負(fù)電源供電,上面給出的是單電源供電的例子。為了能使輸入范圍能夠從0到VCC,需要運(yùn)放能夠滿擺幅工作,另外,運(yùn)放的工作速度、壓擺率不會(huì)影響整個(gè)電路的性能。TI公司的LMV321單運(yùn)放電路能夠滿足以上要求,可以作為HCNR200/201的外圍電路。
4.2 阻值確定
電阻的選型需要考慮運(yùn)放的線性范圍和線性光耦的最大工作電流IFmax。K1已知的情況下,IFmax又確定了IPD1的最大值IPD1max,這樣,由于Vo的范圍最小可以為0,這樣,由于
考慮到IFmax大有利于能量的傳輸,這樣,一般取
另外,由于工作在深度負(fù)反饋狀態(tài)的運(yùn)放滿足虛短特性,因此,考慮IPD1的限制,
這樣,
R2的確定可以根據(jù)所需要的放大倍數(shù)確定,例如如果不需要方法,只需將R2=R1即可。
另外由于光耦會(huì)產(chǎn)生一些高頻的噪聲,通常在R2處并聯(lián)電容,構(gòu)成低通濾波器,具體電容的值由輸入頻率以及噪聲頻率確定。
4.3 參數(shù)確定實(shí)例
假設(shè)確定Vcc=5V,輸入在0-4V之間,輸出等于輸入,采用LMV321運(yùn)放芯片以及上面電路,下面給出參數(shù)確定的過程。
* 確定IFmax:HCNR200/201的手冊(cè)上推薦器件工作的25mA左右;
* 確定R3:R3=5V/25mA=200;
* 確定R1:;
* 確定R2:R2=R1=32K。
5. 總結(jié)
本文給出了線性光耦的簡(jiǎn)單介紹以及電路設(shè)計(jì)、參數(shù)選擇等使用中的注意事項(xiàng)與參考設(shè)計(jì),并對(duì)電路的設(shè)計(jì)方法給出相應(yīng)的推導(dǎo)與解釋,供廣大電子工程師參考。