最为大家所熟知的隔离器件,有变压器、光耦、电容、继电器等。其中,光耦是最为常见的。
一、光耦的内部原理。
如上图所示,光耦是由一个LED和一个光敏三极管组成。当LED发亮时,光敏三极管也导通(基极不引出)。
二、光耦的工作条件。
以TLP521例。参考手册,可以得知其推荐的工作条件。如下图所示。
其中IF是指LED的工作电流,IC是光敏三极管的集电极电流,VCC是光敏三极管的电源电压。
24V / 1500R = 16mA , 5V / 5000R = 1mA,IF和IC满足推荐的工作条件。
三、光耦的传输速率。
由上图所示,在VCC=5V,RL=1.9K,IF=16mA时,TLP521的传输速率=2us+15us+25us=42us=23.8KHz。
也就是说,光耦的传输速率取决到工作条件和负载。需要参考图表。
虽然可以由图表得知光耦的传输速率,但是推荐用信号发生器和示波器测出来,这样能观察到波形是否正常。
四、光耦的隔离参数。
由上图所示,LED和光敏三极管之间存在寄生电容,在Vs=0,f=1MHz测得为0.8pF,Vs为LED和光敏三极管之间的电压,f为LED的通断频率。
在湿度低于60%时,Vs=500V,LED和光敏三极管之间的隔离电阻为10的11次方欧姆。
隔离电压:交流有效值为2500V能隔离1分钟。
五、光耦的封装。
由上图所示,TLP521宽度为6.4mm,此宽度能决定电气间隙和爬电距离,一般来说,越宽越好。
六、光耦的PCB走线。
如上图所示,光耦底部不走线,不铺铜,这样可以达到最佳的隔离效果。
七、光耦的保护。
如上图所示,LED的反向击穿电压VR=5V。
如上图所示,在LED两端并联一个TVS管,既可以防止负压过来,导致LED反向击穿,又可以防止高压进来,导致正向电流过大。但是在高速传输时,需要考虑TVS管的结电容。
八、电流传输比。
电流传输比也叫CTR,在一定的工作条件下,CTR是常数,那么光耦工作在线性区,否则是非线性区。
线性光耦较贵,可用于带隔离的反馈回路,比如:开关电源等。
九、其它问题。
1、假如光耦两侧共用一个电源,是否起到隔离作用?
只起到IO口隔离,但是电源没有隔离。也就是说隔离的作用变得非常小,此用法适用于电平转换。
2、推荐个高速光耦。
6N136、6N137能达到1MBit/s。
3、推荐个宽体封装的电耦。
TLP385,宽8mm,隔离电压达到5000V的交流有限值。
审核编辑:汤梓红