常见问题

高速光耦如何选型,开关电源应用光耦

    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:TLP632、TLP532、PC614、PC714、PS2031等。常用的4N25、4N26、4N35、4N36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。

    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)
 

高速光耦常规型号

    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。

    1、高速光耦应用在空调

高速光耦空调应用电路

    2、高速光耦应用在驱动电源

高速光耦应用在驱动电源电路

    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。

高速光耦引脚图

 

    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。

高速光耦使用条件

 

    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。

6N137高速光耦典型应用电路

 

    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。


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