座谈光耦的CTR及延迟_光耦_电流

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图1 ：电机高温保护事理图

二、光耦的根本知识

上述的问题和光耦的CTR设计余量有关，我们本日学习一下光耦的两个主要参数：CTR和延迟。

座谈光耦的CTR及延迟_光耦_电流通讯

1. 理解光耦

以一个大略的图（图.1）解释光耦的事情：原边输入旗子暗记 Vin，施加到原边的发光二极管和 Ri 上产生光耦的输入电流 If，If 驱动发光二极管，使得副边的光敏三极管导通，回路VCC、RL 产生 Ic,Ic 经由 R L 产生 Vout，达到通报旗子暗记的目的。
原边副边直接的驱动关联是CTR（电流传输比），要知足 Ic≤IfCTR。
以是，光耦最主要的参数便是CTR，CTR可以理解为增益、放大倍数等。

图2 ：光耦的事情事理

光耦一样平常会有两个用场：线性光耦和逻辑光耦，如果理解？

事情在开关状态的光耦副边三极管饱和导通，管压降<0.4V， Vout 约即是 Vcc （Vcc-0.4V旁边）， Vout 大小只受 Vcc 大小影响。
此时 Ic<IfCTR，此事情状态用于通报逻辑开关旗子暗记。
事情在线性状态的光耦， Ic=IfCTR，副边三极管压降的大小即是 Vcc-IcR L ， Vout= IcR L=(Vin-1.6V)/Ri CTRR L ，Vout 大小直接与 Vin 成比例，一样平常用于反馈环路里面 (1.6V 是粗略估计，实际要按器件资料，后续 1.6V 同) 。

图3 ：光耦的两种事情状态：放大和线性

2. 光耦的分类

上述提到了线性和逻辑光耦两种分类，实在光耦的分类还有很多种，以下是作者统计的常用的光耦的分类。
实在，对付绝大多数的电子行业从业者，用得最多的两种分类便是线性和逻辑两种分类，而逻辑光耦是用得最多的一种类型，本文的剖析也紧张集中在逻辑光耦上。

图4 ：光耦的不同分类的方法

三、光耦的的打算过程

1. 光耦的CTR

光耦的最主要的参数便是CTR，作者将从三个方面谈论CTR，分别是：

1) 光耦的CTR打算过程

2) CTR的余量设计（降额设计）

3) 影响CTR的成分

光耦的CTR打算过程

我们以最大略的TCM1100光耦为例，先容光耦的CTR的打算过程，如下图4，图中，R1的浸染是限流，R1的大小决定了If的大小；R2的浸染紧张是分流，同时可提高系统的抗滋扰能力。
C1、C3的浸染紧张是滤波，提高抗滋扰能力；R3的紧张浸染便是限流，R3决定了最大的Ic电流。

假设我们的产品的规格是：

1) 事情温度：-10~70℃；

2) 产品寿命：≥5年。

3) 原边电压Vin=24V

图5：TCM1100最大略的运用

第一步；获取CTR、Vf、Vce的范例值。

我们先光耦的核心参数，如图5，图中的意思说，TCM1100这个光耦在IF=5mA,VCE=5V，25℃时候，光耦的CTR是确定的，确定的值是50%~600%。
也便是放大倍数在0.5~6倍。
（这是多么不靠谱的数字，超过如此之大。
），我们打算的时候，只能按照最低的50%利用。
再看VF，代表的是光耦导通的时候，原边的压降范例值为1.25V，副边的三极管导通压降是0.3V。
这几个参数我们估算CTR的时候须要用到。

图6：TCM1100核心参数

第二步：初步选定原边电流If。

第一个制约条件：副边所需电流：IC。
假设光耦的副边是连接GPIO，所需的驱动电流忽略不计，图4中的R3紧张当做上拉电阻利用，就按照常规的5.1K选择。
Ic=（VCC-Vce）/R3=（3.3V-0.2V）/5.1K=0.607mA;根据光耦可靠导通的需求：Ic≤IfCTR，以是0.607mA≤If50%；可以推算出第一个制约条件：If≥1.21mA。

第二个制约条件：CTR的线性度。
除了If≥1.21mA这个条件，我们再看图7，表示的是不同的Ic和IF时的关系曲线，不才图中，我们紧张掌握If要在线性度非常好的区间，在该线性区间内，CTR才是一个相对稳定的值，以是我们可以推出第二个制约条件：1mA＜If＜8mA。

图7：Ic、IF的关系曲线图

第三个制约条件：温度。
由于我们的产品须要事情为最高70度，根据下图，我们估算，我们的CTR大概须要降额系数为0.7。
以是，根据Ic≤IfCTR，得出第三个制约条件：IF≥IC/（0.7CTRmin）=0.607/（0.750%）=1.734mA

图8：CTR与温度的制约关系

第四个制约条件：当前IF的最小CTR。
由于上述的最小CTR=50%是在5mA的情形下得到的，实际时我们的If没有事情在5mA，以是就须要下面这张图，根据下图8，我们的CTR是If=5mA时的0.8倍。
以是得出第四个制约条件：IF≥IC/（0.70.8CTRmin）=0.607/（0.70.850%）=2.16mA。

图9：实时IF与IF=5mA时的系数比例

第五个制约条件：寿命。
光耦核心便是发光二极管，其是有寿命的，一样平常来说，IF越大，亮度越高，温度越高，寿命越短。
寿命一样平常定义为CTR低落到初始值的50%。
以是，从寿命的角度看，If越小越好。

图10：IF电流与寿命的关系

综合上述5个制约条件，我们终极选定了If=2.16mA，此时电路的CTR=Ic/If=0.607/2.16=28.1%。
比较规格书的最小CTR 50%，我们降额幅度为：28.1%/50%=56%，知足绝大部分公司的降额规范。

第三步；选择原边并联电阻R2。

R2的紧张浸染是分流，提高输入的抗滋扰性，由于光耦是电流驱动型，电阻的相应速率很快，一些小滋扰可以直接通过电阻R2形成回路流走，光耦不会动作。
R2越小，分流就越多，抗滋扰能力就越强，但是电阻的封装就须要越大。
根据履历值，R2一样平常为500R~3K。
我们暂且选用R2=510R。
因Vf范例值为1.25V，电流Ir2=1.25/510R=2.45mA,功率=I²R2=3mW，选用510R/R0603封装即可。

第四步；选择原边限流串联电阻R1。

通过上述我们打算了If=2.16mA，分流电流Ir2=Vf/R2=1.25V/510R=2.45mA，回路电流=2.16+2.45=4.61mA。
以是R1=（Vin-Vf）/I=（24V-1.25V）/4.61mA=4.9K，电阻功率= I²R1=0.105W，选用电阻4.9K/R1206即可。

2.光耦的延迟

上述CTR 影响到旗子暗记能不能传过去的问题，类似于直流特性。
下面紧张剖析光耦的延时特性，即光耦能传送多快旗子暗记。
涉及到两个参数：光耦导通延时tplh 和光耦关断延时tphl，以TCMT11为例：在If =2mA 时候，关断延时最大6uS，导通延时最大5uS。
总的延迟=6+5=11uS，以是，改光耦不能用于大于90KHZ的开关旗子暗记。

图11：光耦延迟的定义

温度对速率的影响。

上述只是常温，If =2mA 时的延迟，如下图，产品在75℃事情时，总的延迟韶光约为常温的1.6倍，以是总的延时时间为：111.6=17.6us。

图12：温度对光耦延迟的影响

IF电流对延迟的影响如下图，我们事情的电流在2mA旁边，以是无影响，如果打算的IF＞6mA，则须要按照下图进行降额。

图13：IF对光耦延迟的影响

IC电流对延迟的影响如下图，我们IC电流设置为0.6mA旁边，以是按照最大延迟打算。

图14：Ic对光耦延迟的影响

综上所述，考虑到温度、IF、IC等对延迟的影响，并且加上器件的降额30%。
总的延时为11us（1.6+0.3）=18.7us，换算成频率为＜53KHZ。

四、总结。

文首中的光耦设计，光耦的IF设置为1.02mA，光耦的参数为50%~600%，实测光耦的CTR为40%旁边，余量不敷，在高温下，CTR变小，导致电路误报。
将串联电阻修正为510R，并联电阻修正为1K，CTR设置为20%旁边，问题办理。

上述的剖析过程虽然很长，实在核心步骤是：