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。PC111 TLP521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。
经查大量资料后,以下是目前市场上常见的高速光藕型号:
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(双路)、HCPL-2531(双路)
10M bit/S:
6N137、PS9614、PS9714、PS9611、PS9715、HCPL-2601、HCPL-2611、HCPL-2630(双路)、HCPL-2631(双路)
光耦合器的增益被称为晶体管输出器件的电流传输比 (CTR),其定义是光电晶体管集电极电流与LED正向电流的比率(ICE/IF)。光电晶体管集电极电流与VCE有关,即集电极和发射极之间的电压。
可控硅型光耦
还有一种光耦是可控硅型光耦。
例如:moc3063、IL420;
它们的主要指标是负载能力;
例如:moc3063的负载能力是100mA;IL420是300mA;
光耦的部分型号
型号规格 性能说明
4N25 晶体管输出
4N25MC 晶体管输出
4N26 晶体管输出
4N27 晶体管输出
4N28 晶体管输出
4N29 达林顿输出
4N30 达林顿输出
4N31 达林顿输出
4N32 达林顿输出
4N33 达林顿输出
4N33MC 达林顿输出
4N35 达林顿输出
4N36 晶体管输出
4N37 晶体管输出
4N38 晶体管输出
4N39 可控硅输出
6N135 高速光耦晶体管输出
6N136 高速光耦晶体管输出
6N137 高速光耦晶体管输出
6N138 达林顿输出
6N139 达林顿输出
MOC3020 可控硅驱动输出
MOC3021 可控硅驱动输出
MOC3023 可控硅驱动输出
MOC3030 可控硅驱动输出
MOC3040 过零触发可控硅输出
MOC3041 过零触发可控硅输出
MOC3061 过零触发可控硅输出
MOC3081 过零触发可控硅输出
TLP521-1 单光耦
TLP521-2 双光耦
TLP521-4 四光耦
TLP621 四光耦
TIL113 达林顿输出
TIL117 TTL逻辑输出
PC814 单光耦
PC817 单光耦
H11A2 晶体管输出
H11D1 高压晶体管输出
H11G2 电阻达林顿输
什么是光耦?
光耦全称是光耦合器,英文名字是:optical coupler,英文缩写为OC,亦称光电隔离器,简称光耦。
光耦的结构是什么样的?
光耦隔离就是采用光耦合器进行隔离,光耦合器的结构相当于把发光二极管和光敏(三极)管封装在一起。
TLP521-1 TLP521-2 TLP521-4
可编程的控制器
ac / dc输入模块
东芝TLP521-1 --,2和-- 4包括一张照片晶体管光学对一镓砷化物红外麻省理工学院二极管连接。TLP521-2在八中提供两个隔离的通道领导TLP521-4在十六种塑料的DIP包装中提供四个隔离的通道的塑料的DIP包装
集极电压 50V(min)
电流转移比率 50%(min)
等级GB 100%(min)
隔离电压 2500Vrms(min)
Anode 阳极
cathode 阴极
emitter; (晶体管的)发射极
collector集电极
东芝连续不断地工作改进其产品的质量和可靠性。然而,半导体设备能故障或者因为他们的易受物理的压力的固有的灵敏性和攻击而失败。当利用东芝产品时为了在为了整个的系统做一个保险箱设计时遵照安全的标准同时,避免在其中这样东芝产品的一次故障或者失败能造成人类生活损失的形势对财产的身体的伤害或者破坏是购买者的责任。
转换电流
特性 |
标志 |
521-1 |
521-2/521-4 |
单位 |
转换电流 |
If |
70 |
50 |
mA |
发射极电压 |
Vceo |
55 |
V |
|
集电极电压 |
Veco |
7 |
V |
|
发射极电流 |
Ic |
50 |
mA |
|
连接温度 |
|
125 |
°C |
|
储藏温度 |
|
-55-+125 |
°C |
|
工作温度 |
|
-55-+100 |
°C |
|
铅焊接温度 |
|
260(10s) |
|
°C |
推荐操作条件
特性 最小值 典型值 最大值 单位
提供电压 5 24 V
转换电流 16 25 mA
发射极电流 1 10 mA
工作温度 -25 85 °C
为什么要使用光耦?
发光二极管把输入的电信号转换为光信号传给光敏管转换为电信号输出,由于没有直接的电气连接,这样既耦合传输了信号,又有隔离干扰的作用。
光耦爱坏吗?
只要光耦合器质量好,电路参数设计合理,一般故障少见。如果系统中出现异常,使输入、输出两侧的电位差超过光耦合器所能承受的电压,就会使之被击穿损坏。
光耦的参数都有哪些?是什么含义?
1、CTR:电流传输比
2、Isolation Voltage:隔离电压
3、Collector-Emitter Voltage:集电极-发射极电压
CTR:发光管的电流和光敏三极管的电流比的最小值
隔离电压:发光管和光敏三极管的隔离电压的最小值
集电极-发射极电压:集电极-发射极之间的耐压值的最小值
光耦什么时候导通?什么时候截至?
关于TLP521-1的光耦的导通的试验报告
要求:
3.5v~24v 认为是高电平,0v~1.5v认为是低电平
思路:
1、0v~1.5v认为是低电平,利用串接一个二极管1N4001的压降0.7V+光耦的LED的压降,吃掉1.4V左右;
2、24V是最高电压,不能在最高电压的时候,光耦通过的电流太大;所以选用2K的电阻;光耦工作在大概10mA的电流,可以保证稳定可靠工作n年以上;
3、3.5V以上是高电平,为了尽快进入光敏三极管的饱和区,要把光耦的光敏三极管的上拉电阻加大;因此选用10K;同时要考虑到ctr最小为50%;
电路:
1、发光管端:
实验室电源(0~24V)->2K->1N4001->TLP521-1(1)->TLP521-1(2)-gnd1
2、光敏三极管:
实验室电源(DC5V)->10K->TLP521-1(4)->TLP521-1(3)-gnd2
3、万用表
直流电压挡20V
万用表+ -> TLP521-1(4)
万用表- -> TLP521-1(3)
试验结果
输入电源 万用表电压(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
思考题:光耦的CTR(电流传输比)是什么含义?
思考题:
1、光耦的CTR(电流传输比)是什么含义?
2、CTR与上拉电阻和光耦的光敏三极管之间与饱和导通或者截至之间的关系;
参考资料:TLP521-1的CTR为50%(最小值);
TLP521-1的长相
TLP521-1的长相
线性光耦原理与电路设计 【转】
|
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线性光耦原理与电路设计
1. 线形光耦介绍 |
在通讯电路设计中,光耦是经常见到的;
TLP521-1可以用到9600~19200;
限流电阻是1K;上拉电阻是1K;
6N137可以到10M;但是6N137需要按照datasheet来接它的外部电路才能达到10M的速度;
6N137的内部和典型电路
6N137的内部结构
还有一种特殊的光耦,内部有2个发光管
那么,DI+和DI-互换就无所谓了;
常见之高速光藕型号
常见之高速光藕型号[zt]
经查大量资料后,总结出目前市场上常见之高速光藕型号供大家选择:
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(双路)、HCPL-2531(双路)
10M bit/S:
6N137、PS9614、PS9714、PS9611、PS9715、HCPL-2601、HCPL-2611、HCPL-2630(双路)、HCPL-2631(双路)
另外,台湾COSMO公司的KP7010在RL选值为300欧左右时,我根据其数据手册所载数值计算,速率可达100Kbit/S,且为6脚封装,比同级的6N138、6N139小巧,价格也较低。
CTR的定义
光耦合器的增益被称为晶体管输出器件的电流传输比 (CTR),其定义是光电晶体管集电极电流与LED正向电流的比率(ICE/IF)。光电晶体管集电极电流与VCE有关,即集电极和发射极之间的电压。
可控硅型光耦
还有一种光耦是可控硅型光耦。
例如:moc3063、IL420;
它们的主要指标是负载能力;
例如:moc3063的负载能力是100mA;IL420是300mA;
光耦的部分型号
产品名称 |
型号规格 |
性能说明 |
光电耦合 |
||
4N25 |
晶体管输出 |
|
4N25MC |
晶体管输出 |
|
4N26 |
晶体管输出 |
|
4N27 |
晶体管输出 |
|
4N28 |
晶体管输出 |
|
4N29 |
达林顿输出 |
|
4N30 |
达林顿输出 |
|
4N31 |
达林顿输出 |
|
4N32 |
达林顿输出 |
|
4N33 |
达林顿输出 |
|
4N33MC |
达林顿输出 |
|
4N35 |
达林顿输出 |
|
4N36 |
晶体管输出 |
|
4N37 |
晶体管输出 |
|
4N38 |
晶体管输出 |
|
4N39 |
可控硅输出 |
|
6N135 |
高速光耦晶体管输出 |
|
6N136 |
高速光耦晶体管输出 |
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6N137 |
高速光耦晶体管输出 |
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6N138 |
达林顿输出 |
|
6N139 |
达林顿输出 |
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MOC3020 |
可控硅驱动输出 |
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MOC3021 |
可控硅驱动输出 |
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MOC3023 |
可控硅驱动输出 |
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MOC3030 |
可控硅驱动输出 |
|
MOC3040 |
过零触发可控硅输出 |
|
MOC3041 |
过零触发可控硅输出 |
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MOC3061 |
过零触发可控硅输出 |
|
MOC3081 |
过零触发可控硅输出 |
|
TLP521-1 |
单光耦 |
|
TLP521-2 |
双光耦 |
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TLP521-4 |
四光耦 |
|
TLP621 |
四光耦 |
|
TIL113 |
达林顿输出 |
|
TIL117 |
TTL逻辑输出 |
|
PC814 |
单光耦 |
|
PC817 |
单光耦 |
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H11A2 |
晶体管输出 |
|
H11D1 |
高压晶体管输出 |
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H11G2 |
电阻达林顿输出 |
光耦合器的技术特性与应用 录入人: 发布日期:2007-7-31 来自:变频器网 浏览273次 1.概述 光耦合器(optical coupler,英文缩写为OC)亦称光电隔离器,简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用,所以,它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成:光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED),使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离,电信号传输具有单向性等特点,因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件,因而具有很强的共模抑制能力。所以,它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件,可以大大增加计算机工作的可靠性。 光耦合器的主要优点是:信号单向传输,输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离,输出信号对输入端无影响,抗干扰能力强,工作稳定,无触点,使用寿命长,传输效率高。光耦合器是70年代发展起来产新型器件,现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离 、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中,利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路,通过调节控制端电流来改变占空比,达到精密稳压目的。 十几年来,新型光耦合器不断涌现,满足了各种光控制的要求。其应用范围已扩展到计测仪器,精密仪器,工业用电子仪器,计算机及其外部设备、通信机、信号机和道路情报系统,电力机械等领域。这里侧重介绍该器件的工作特性,驱动和输出电路及部分实际应用电路。 近年来问世的线性光耦合器能够传输连续变化的模拟电压或模拟电流信号,使其应用领域大为拓宽。下面分别介绍光耦合器的工作原理及检测方法。 2. 光耦合器的性能及类型 用于传递模拟信号的光耦合器的发光器件为二极管、光接收器为光敏三极管。当有电流通过发光二极管时,便形成一个光源,该光源照射到光敏三极管表面上,使光敏三极管产生集电极电流,该电流的大小与光照的强弱,亦即流过二极管的正向电流的大小成正比。由于光耦合器的输入端和输出端之间通过光信号来传输,因而两部分之间在电气上完全隔离,没有电信号的反馈和干扰,故性能稳定,抗干扰能力强。发光管和光敏管之间的耦合电容小(2pf左右)、耐压高(2.5KV左右),故共模抑制比很高。输入和输出间的电隔离度取决于两部分供电电源间的绝缘电阻。此外,因其输入电阻小(约10Ω),对高内阻源的噪声相当于被短接。因此,由光耦合器构成的模拟信号隔离电路具有优良的电气性能。 事实上,光耦合器是一种由光电流控制的电流转移器件,其输出特性与普通双极型晶体管的输出特性相似,因而可以将其作为普通放大器直接构成模拟放大电路,并且输入与输出间可实现电隔离。然而,这类放大电路的工作稳定性较差,无实用价值。究其原因主要有两点:一是光耦合器的线性工作范围较窄,且随温度变化而变化;二是光耦合器共发射极电流传输系数β和集电极反向饱和电流ICBO(即暗电流)受温度变化的影响明显。因此,在实际应用中,除应选用线性范围宽、线性度高的光耦合器来实现模拟信号隔离外,还必须在电路上采取有效措施,尽量消除温度变化对放大电路工作状态的影响。 从光耦合器的转移特性与温度的关系可以看出,若使光耦合器构成的模拟隔离电路稳定实用,则应尽量消除暗电流(ICBO)的影响,以提高线性度,做到静态工作点IFQ随温度的变化而自动调整,以使输出信号保持对称性,使输入信号的动态范围随温度变化而自动变化,以抵消β值随温度变化的影响,保证电路工作状态的稳定性。 2.1光耦合器的类型 光耦合器有管式、双列直插式和光导纤维式等封培育形式,其种类达数十种。光耦合器的种类达数十种,主要有通用型(又分无基极引线和基极引线两种)、达林顿型、施密特型、高速型、光集成电路、光纤维、光敏晶闸管型(又分单向晶闸管、双向晶闸管)、光敏场效应管型。此外还有双通道式(内部有两套对管)、高增益型、交-直流输入型等等。国外生产厂家有英国ISOCOM公司等,国内厂家的苏州半导体总厂等。 2.2线性光耦合器的产品分类 线性光耦合器的典型产品及主要参数见表1,这些光耦均以光敏三极管作为接收管 表1典型线性光耦合器的主要参数 产品型号 CTR/% V(BR)CE0/V 生产厂 封装型式 PC816A 80~160 70 Sharp DZP-4基极未引出 PC817A 80~160 35 Sharp SFH610A-2 63~125 70 simens NEC2501-H 80~160 40 NEC CNY17-2 63~125 70 Motoroln DZP-4基极未引出 CNY17-3 100~200 70 simens SFH600-1 63~125 70 simens SFH600-2 100~200 70 simens CNY75GA 63~125 90 Temic DZP-4基极未引出 CNY75GB 100~200 90 Temic MOC8101 50~80 30 Motoroln MOC8102 73~117 30 Motoroln 3.光耦合器的技术参数 光耦合器的技术参数主要有发光二极管正向压降VF、正向电流IF、电流传输比CTR、输入级与输出级之间的绝缘电阻、集电极-发射极反向击穿电压V(BR)CEO、集电极-发射极饱和压降VCE(sat)。此外,在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降时间、延迟时间和存储时间等参数。 最重要的参数是电流放大系数传输比CTR(Curremt-Trrasfer Ratio)。通常用直流电流传输比来表示。当输出电压保持恒定时,它等于直流输出电流IC与直流输入电流IF的百分比。当接收管的电流放大系数hFE为常数时,它等于输出电流IC之比,通常用百分数来表示。有公式: CTR=IC/ IF×100% 采用一只光敏三极管的光耦合器,CTR的范围大多为20%~30%(如4N35),而PC817则为80%~160%,达林顿型光耦合器(如4N30)可达100%~500%。这表明欲获得同样的输出电流,后者只需较小的输入电流。因此,CTR参数与晶体管的hFE有某种相似之处。普通光耦合器的CTR-IF特性曲线呈非线性,在IF较小时的非线性失真尤为严重,因此它不适合传输模拟信号。线性光耦合器的CTR-IF特性曲线具有良好的线性度,特别是在传输小信号时,其交流电流传输比(ΔCTR=ΔIC/ΔIF)很接近于直流电流传输比CTR值。因此,它适合传输模拟电压或电流信号,能使输出与输入之间呈线性关系。这是其重要特性。在设计光耦反馈式开关电源时必须正确选择线性光耦合器的型号及参数,选取原则如下: (1)光耦合器的电流传输比(CTR)的允许范围是50%~200%。这是因为当CTR<50%时,光耦中的LED就需要较大的工作电流(IF>5.0mA),才能正常控制单片开关电源IC的占空比,这会增大光耦的功耗。若CTR>200%,在启动电路或者当负载发生突变时,有可能将单片开关电源误触发,影响正常输出。 (2)推荐采用线性光耦合器,其特点是CTR值能够在一定范围内做线性调整。 (3)由英国埃索柯姆(Isocom)公司、美国摩托罗拉公司生产的4N××系列(如4N25、4N26、4N35)光耦合器,目前在国内应用地十分普遍。鉴于此类光耦合器呈现开关特性,其线性度差,适宜传输数字信号(高、低电平),因此不推荐用在开关电源中。 4.通用型与达林顿型光耦合器区分 4.1方法之一 在通用型光耦合器中,接收器是一只硅光电半导体管,因此在B-E之间只有一个硅PN结。达林顿型不然,它由复合管构成,两个硅PN结串联成复合管的发射结。根据上述差别,很容易将通用型与达林顿型光耦合器区分开来。具体方法是,将万用表拨至R×100档,黑表笔接B极,红表笔接E极,采用读取电压法求出发射结正向电压VBE。若VBE=0.55~0.7V,就是达林顿型光耦合器。 实例:用500型万用表的R×100档分别测量4N35、4N30型光耦合器的VBE,测量数据及结论一并列入表2中。 表2测试结果 型号 RBE(Ω) n`(格) VBE(V) 计算公式 测试结论 4N35 850 23 0.69 VBE=0.03n(V) 通用型 4N30 4.3k 40.5 1.215 VBE=0.03n`(V) 达林顿型 4.2方法之二 通用型与达林顿型光电耦合的主要区别是接收管的电流放大系数不同。前者的hFE为几十倍至几百倍,后者可达数千倍,二者相差1~2个数量级。因此,只要准确测量出hFE值,即可加以区分。在测量时应注意事项: (1)因为达林顿型光耦合器的hFE值很高,所以表针两次偏转格数非常接近。准确读出n1、 n2的格数是本方法关键所在,否则将引起较大的误差。此外,欧姆零点亦应事先调准。 (2)若4N30中的发射管损坏,但接收管未发现故障,则可代替超β管使用。同理,倘若4N35中的接收管完好无损,也可作普通硅NPN晶体管使用,实现废物利用。 (3)对于无基极引线的通用型及达林顿型光耦合器,本方法不再适用。建议采用测电流传输比CTR的方法加以区分。