使用光耦隔离PWM信号的经历



光耦合器（opticalcoupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，由于它具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点，在数字电路上获得广泛的应用。

 

以上是光耦合器的定义，我使用光耦隔离电机的输入PWM信号，信号的频率为10KHZ，周期为100us。

在使用光耦前我只对它的工作原理有了解，唯一的使用是在搞智能车时，队友设计硬件时用了一个光耦，我只是负责写程序，对如何硬件设计也没有深入的学习。现在搞履带机器人要用到光耦隔离PWM信号，起初我使用的是EL357N，这一个是老师推荐的，他说可以使用，我也就直接用上了，输入输出端上拉电阻都是随意写的1K。设计的PCB

原理图如下：

当时R42和R43都是1K，两端输入高低电平也反过来了，当时没有考虑好，等板子回来以后才意识到这个问题，没办法了，只能用软件来调节了，能用软件来解决的问题还不是大问题，关键是输出信号和输入信号的频率不一致，输出的频率是10KHZ，但占空比完全对不上了，将光耦重新焊上也还是不行，程序是完全没有问题的，我想就有可能是硬件设计上出题，于是我找datasheet，开始在各个数据上找解决方法。

二极管的电压Type Value 是1.2V，最大是1.4V，这不是关键，关键是电流条件是20mA，我想是不是我输入端电阻太大，以至于不能产生足够大的电流来驱动二极管，于是我改了一下电阻，输入为5V电压，二极管压降为1.4V，电流为20mA，（5V-1.4V）/20MA=180欧，我选了一个240欧的电阻，焊上去以后实际测试，发现低占空比可以有输出波形，但波形是不对的，我又查看技术文档，发现输出的负载电阻也是有限制的，如下图：

从图中可以看出LoadResistance越小，开关时间就越小，这时我再看我的波形，发现上升时间

是太长了，所以我换了一个小的电阻360欧，发现明显波形是比以前正常多了，但上升时间还

是很大，可以看出输出的趋势是遵循输入的占空比的，但就是上升时间太长，对致输出的波

形看起来好像换了一个占空比，输出到电机H桥的IR2104后，IR2104的控制输出信号就会与起初设定的占空比严重不符。

这时我再看芯片资料里面它有没有提到上升时间或延迟时间，我就发现这个了：

上升时间就有18us，我一个周期才有100us，怪不得波形会乱呢，总算找到原因了，这个光耦芯片不能达到我想要的频率。

我只能换一个芯片，这一次用了HCPL2630，芯片资料上显示可以达到MHZ级别的隔离，图如下：

 

使用以后发现果然如芯片资料写得一样，10KHZ的输入波形，输出也是一样的占空比，波形一点没乱，PCB原理图如下，当然电阻也是经过测量的，我输入输出电阻都是用的470欧，满足输入端对于电流的要求。