光耦主要参数和高速光耦如何选型

曾经终败给现在 2023-07-25 14:28 48阅读 0赞

[光耦][Link 1]作为一个[隔离器][Link 2]件已经得到广泛应用，无处不在。一般大家在初次接触到光耦时往往感到无从下手，不知设计对与错，随着遇到越来越多的问题，才会慢慢有所体会。

## 理解光耦  ##

光耦是隔离传输器件，原边给定信号，副边回路就会输出经过隔离的信号。对于光耦的隔离容易理解，此处不做讨论。

以一个简单的图（图.1）说明光耦的工作：原边输入信号Vin，施加到原边的[发光二极管][Link 3]和Ri上产生光耦的输入[电流][Link 4][If][]，If驱动发光[二极管][Link 5]，使得副边的光敏[三极管][Link 6]导通，回路VCC、RL产生Ic，Ic经过RL产生Vout，达到传递信号的目的。原边副边直接的驱动关联是CTR（电流传输比），要满足Ic≤If\*CTR。

![光耦主要的参数是什么？][format_png]

## 光耦主要的参数是什么？ ##

1、反向电流IR：在被测管两端加规定反向工作电压[VR][]时，二极管中流过的电流。

2、反向[击穿][Link 7]电压VBR：被测管通过的反向电流IR为规定值时，在两极间所产生的电压降。

3、正向压降VF：二极管通过的正向电流为规定值时，正负极之间所产生的电压降。

4、正向电流IF：在被测管两端加一定的正向电压时二极管中流过的电流。结[电容][Link 8]CJ：在规定偏压下，被测管两端的电容值。

5、反向击穿电压V（BR）CEO：发光二极管[开路][Link 7]，集电极电流IC为规定值，集电极与发射集间的电压降。

6、输出饱和压降VCE（sat）：发光二极管工作电流IF和集电极电流IC为规定值时，并保持IC/IF≤CTR[mi][Link 7]n时（CTRmin在被测管技术条件中规定）集电极与发射极之间的电压降。

7、反向截止电流ICEO：发光二极管开路，集电极至发射极间的电压为规定值时，流过集电极的电流为反向截止电流。

8、电流传输比CTR：输出管的工作电压为规定值时，输出电流和发光二极管正向电流之比为电流传输比CTR。

9、脉冲上升时间tr，下降时间tf：光[耦合][Link 9]器在规定工作条件下，发光二极管输入规定电流IFP的脉冲波，输出端管则输出相应的脉冲波，从输出脉冲前沿幅度的10%到90%，所需时间为脉冲上升时间tr。从输出脉冲后沿幅度的90%到10%，所需时间为脉冲下降时间tf。

10、传输延迟时间tPHL，tPLH：从输入脉冲前沿幅度的50%到输出脉冲电平下降到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPHL。从输入脉冲后沿幅度的50%到输出脉冲电平上升到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPLH。

11、入出间隔离电容CIO：光耦合器件输入端和输出端之间的电容值。

12、入出间隔离[电阻][Link 10]RIO：半导体光耦合器输入端和输出端之间的绝缘电阻值。

13、入出间隔离电压VIO：光耦合器输入端和输出端之间绝缘耐压值。

![format_png 1][]

光耦一般会有两个用途：线性光耦和逻辑光耦。

工作在[开关][Link 11]状态的光耦副边三极管饱和导通，管压降《0.4V，Vout约等于Vcc（Vcc-0.4V左右），Vout 大小只受Vcc大小影响。此时Ic《If\*CTR，此工作状态用于传递逻辑开关信号。

工作在线性状态的光耦，Ic=If\*CTR，副边三极管压降的大小等于Vcc-Ic\*RL，Vout= Ic\*RL=（Vin-1.6V）/Ri \* CTR\*RL，Vout 大小直接与Vin 成比例，一般用于反馈环路里面 （1.6V 是粗略估计，实际要按器件资料，后续1.6V同） 。

对于光耦开关和线性状态可以类比为普通三极管的饱和放大两个状态。

## **高速光耦介绍** ##

电耦合器（简称光耦）是开关电源电路中常用的器件。光电耦合器分为两种：一种为非线性光耦，另一种为线性光耦。

常用的4N系列光耦属于非线性光耦，常用的线性光耦是PC817A—C系列。

非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于弄开关信号的传输，不适合于传输模拟量。线性光耦的电流传输手特性曲线接进直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。

开关电源中常用的光耦是线性光耦。如果使用非线性光耦，有可能使振荡波形变坏，严重时出现寄生振荡，使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的低频振荡依次为号调制。由此产生的后果是对彩电，彩显，VCD，DCD等等，将在图像画面上产生干扰。同时电源带负载能力下降。

在彩电，显示器等开关电源维修中如果光耦损坏，一定要用线性光耦代换。常用的4脚线性光耦有PC817A----C。PC111TLP521等常用的六脚线性光耦有：TLP632TLP532PC614PC714PS2031等。常用的4N254N264N354N36是不适合用于开关电源中的，因为这4种光耦均属于非线性光耦。

![20200415182505809.jpg][]

## **　　高速光耦芯片型号与选型** ##

100Kbit/S：

6N138、6N139、PS8703

1Mbit/S：

6N135、6N136、CNW135、CNW136、PS8601、PS8602、PS8701、PS9613、PS9713、CNW4502、HCPL-2503、HCPL-4502、HCPL-2530（双路）、HCPL-2531（双路）

10Mbit/S：

6N137、PS9614、PS9714、PS9611、PS9715、HCPL-2601、HCPL-2611、HCPL-2630（双路）、HCPL－2631（双路）

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1aGVueW91eXV5b3V5dQ_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

## **　　高速光耦与普通光耦区别** ##

在结构当面，高速光耦与普通光耦是不一样，高速光耦的结构是光敏二极管+放大驱动电路，普通光耦的结构是光敏三极管（+放大驱动电路）。光敏二极管的响应速度（上升下降时间）是纳秒级，光敏三极管的响应速度（上升下降时间）是微秒级。不是说普通光耦工作在线性区它就能高速，它固有的响应时间就限死了它想快也快不起来。另外如果普通光耦工作在线性区，那它也会受限截至频率Fc（Cut-offFrequency）这个参数，普通光耦这个Fc基本在50KHz左右（测试条件VCC=5v、IC=5ma、RL=100R，RL加大Fc更小，RL=1K时，Fc大约在10KHz左右），像TLP521，Fc约50KHz，PC817，Fc约80KHz，CNY117，Fc约250KHz。

当然有些普通光耦在调大驱动电流（到200MA）/减小负载电阻（到500OHM）/优化驱动脉冲等情况下的确实能达到500KHz这样的速度。

## **　　高速光耦的应用** ##

1、高速光耦应用在空调

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1aGVueW91eXV5b3V5dQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

2、高速光耦应用在驱动电源

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1aGVueW91eXV5b3V5dQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

高速光电耦合器6N137由磷砷化镓发光二极管和光敏集成检测电路组成。通过光敏二极管接收信号并经内部高增益线性放大器把信号放大后，由集电极开路门输出。6N137引脚图和内部结构图如图1和图2所示。该光电器件高、低电平传输延迟时间短，典型值仅为45ns，已接近TTL电路传输延迟时间的水平。具有10Mbps的高速性能，因而在传输速度上完全能够满足隔离总线的要求。内部噪声防护装置提供了典型10kV/μs的共模抑制功能。除此之外，6N137还具有一个控制端，通过对该端的控制，可使光耦输出端呈现高阻状态。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1aGVueW91eXV5b3V5dQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

1:NC.；2:Anode（阳极）；3:Cathode（阴极）；4:N.C.；5:GND；6:Output（Opencollector开路集电极）；7:Enable（使能端）；8:VCC

简单的原理如图1所示，若以脚2为输入，脚3接地，则真值表如附表2所列，这相当于非门的传输，若希望在传输过程中不改变逻辑状态，则从脚3输入，脚2接高电平。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1aGVueW91eXV5b3V5dQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

### **　　6N137原理及典型应用** ###

6N137的内部结构原理如图3所示，信号从脚2和脚3输入，发光二极管发光，经片内光通道传到光敏二极管，反向偏置的光敏管光照后导通，经电流-电压转换后送到与门的一个输入端，与门的另一个输入为使能端，当使能端为高时与门输出高电平，经输出三极管反向后光电隔离器输出低电平。当输入信号电流小于触发阈值或使能端为低时，输出高电平，但这个逻辑高是集电极开路的，可针对接收电路加上拉电阻或电压调整电路。

隔离器6N137典型应用如图3所示，假设输入端属于模块I，输出端属于模块II。输入端有A、B两种接法，分别得到反相或同相逻辑传输，其中RF为限流电阻。发光二极管正向电流0-250μA，光敏管不导通；发光二极管正向压降1.2-1.7V（典型1.4V），正向电流6.3-15mA，光敏管导通。若以B方法连接，TTL电平输入，Vcc为5V时，RF可选500Ω左右。如果不加限流电阻或阻值很小，6N137仍能工作，但发光二极管导通电流很大对Vcc1有较大冲击，尤其是数字波形较陡时，上升、下降沿的频谱很宽，会造成相当大的尖峰脉冲噪声，而通常印刷电路板的分布电感会使地线吸收不了这种噪声，其峰-峰值可达100mV以上，足以使模拟电路产生自激。所以在可能的情况下，RF应尽量取大。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1aGVueW91eXV5b3V5dQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

输出端由模块II供电，Vcc2=4.5～5.5V。在Vcc2（脚8）和地（脚5）之间必须接一个0.1μF高频特性良好的电容，如瓷介质或钽电容，而且应尽量放在脚5和脚8附近（不要超过1cm）。这个电容可以吸收电源线上的纹波，又可以减小光电隔离器接受端开关工作时对电源的冲击。脚7是使能端，当它在0-0.8V时强制输出为高（开路）；当它在2.0V-Vcc2时允许接收端工作，见真值表2。

脚6是集电极开路输出端，通常加上拉电阻RL。虽然输出低电平时可吸收电路达13mA，但仍应当根据后级输入电路的需要选择阻值。因为电阻太小会使6N137耗电增大，加大对电源的冲击，使旁路电容无法吸收，而干扰整个模块的电源，甚至把尖峰噪声带到地线上。一般可选4.7kΩ，若后级是TTL输入电路，且只有1到2个负载，则用47kΩ或15kΩ也行。CL是输出负载的等效电容，它和RL影响器件的响应时间，当RL=350Ω，CL=15pF时，响应延迟为25-75ns。

[Link 1]: http://www.elecfans.com/yuanqijian/guangou/
[Link 2]: http://www.hqchip.com/app/875
[Link 3]: http://www.elecfans.com/dianzichangshi/20170601520903.html
[Link 4]: http://www.elecfans.com/tags/%E7%94%B5%E6%B5%81/
[If]: http://www.hqchip.com/app/844
[Link 5]: http://www.elecfans.com/tags/%E4%BA%8C%E6%9E%81%E7%AE%A1/
[Link 6]: http://www.elecfans.com/d/645955.html
[format_png]: /images/20230528/76297b10194a42c08b2df9c2485ce984.png
[VR]: http://www.elecfans.com/vr/441329.html
[Link 7]: http://www.hqpcb.com/
[Link 8]: http://www.elecfans.com/tags/%E7%94%B5%E5%AE%B9/
[Link 9]: http://www.elecfans.com/tags/%E8%80%A6%E5%90%88/
[Link 10]: http://www.elecfans.com/yuanqijian/dianzuqi/20171214603273_2.html
[format_png 1]: /images/20230528/33ce797d02384db6a8e6f0f4a5544ed1.png
[Link 11]: http://www.hqchip.com/app/848
[20200415182505809.jpg]: /images/20230528/9abd7a5289b44b3bbdb4decc95de0fe9.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1aGVueW91eXV5b3V5dQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230528/2c7deefd1d604786aaaeb6ef9915d142.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1aGVueW91eXV5b3V5dQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20230528/b2624e4567af437abbdbc4c16f8282c5.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1aGVueW91eXV5b3V5dQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20230528/41fb7d990b624df79c05cbf78ed22234.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1aGVueW91eXV5b3V5dQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20230528/f1e2c30a14b24d6d80f0d949f17c1b93.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1aGVueW91eXV5b3V5dQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20230528/af49488649044a3cbdf1a29a23b7ab95.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1aGVueW91eXV5b3V5dQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20230528/1a32625c0edd4dd28fcda6728acee489.png