电子元件-光电耦合器
内容包括光耦特性、参数、输入输出形式，光耦电流传输比的理解，线性度与频测试，隔离与好坏检测电路，可控硅驱动光耦的介绍。紫色文字是超链接，点击自动跳转至相关博文。持续更新，原创不易！
目录：
一、光耦特性与参数
二、光耦电流传输比（CTR）的理解
三、光耦测试-线性度
1、线性度较好光耦
2、TLP521-1的光耦导通的试验报告
1）要求 2）思路 3）电路 4）试验结果
四、光耦测试-频率
1、测试使用的电路
2、测试结果
五、常见的光藕输入输出形式
1、光耦的输入形式
1）交流输入光耦
2、光耦的输出形式
1）三极管输出型 2）逻辑高速与CNX三极管输出型 3）双向晶闸管过零触发输出型
4）施密特触发器与三极管输出型
六、光耦的隔离与检测
1、模拟量隔离
2、检测
七、可控硅驱动光耦
1、过零型
2、非过零型
附录
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一、光耦特性与参数
由于光耦电路简单，在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到，如UART协议的20mA电流环。对于模拟信号，光耦因为输入输出的线形较差，并且随温度变化较大，限制了其在模拟信号隔离的应用。光耦分线性和非线性，属电流型器件，对电压性噪声能有效地抑制。
常用的4脚线性光耦有PC817A-D、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。
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二、光耦电流传输比（CTR）的理解
PC817分为A、B、C、D四个档位说明，书面上称为电流传输比（CTR）不同。IF电流在1mA~7mA有良好的线性，常规取5mA。
PC816的反向耐压Vceo=70V，PC817只有35V，其他参数几乎相同。
电流传输比(current transfer ratio)：描述光耦控制特性的参数，即副边的输出电流（IO）与原边输入电流（IF）的百分比，传输比CTR = IO ÷ IF × 100%(资料上给的值一般指的是最大值)。
采用一只光敏三极管的光耦合器，CTR的范围大多为20%～300%(如4N35)，而PC817A则为80%～160%，台湾亿光(如EL817)可达50%～600%。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。
例如：
CTR=100%=1，IF=5mA，则IC的最大值为5mA，实际中一般小于5mA。R12不能选的过小，应该保证3.3V/R12≤(3.3-VF)/R11的值。
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三、光耦测试-线性度
1、线性度较好光耦
HCNR200/201、TLP521-1等。
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2、TLP521-1的光耦导通的试验报告
1）要求
3.5V～24V 认为是高电平，0V～1.5V认为是低电平
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2）思路
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；
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；
3.5V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％。
--------------------------------
3）电路
发光管端
实验室电源（0～24V）->2K->1N4001->TLP521-1(1)->TLP521-1(2)->gnd1
光敏三极管
实验室电源（DC5V）->10K->TLP521-1(4)->TLP521-1(3)->gnd2
万用表
直流电压挡20V
万用表+ -> TLP521-1(4)
万用表- -> TLP521-1(3)
--------------------------------
4）试验结果
|
输入电源(V) |
万用表电压(V) |
|
1.3 |
5 |
|
1.5 |
4.8 |
|
1.7 |
4.41 |
|
1.9 |
3.58 |
|
2.1 |
2.94 |
|
2.3 |
1.8 |
|
2.5 |
0.58 |
|
2.7 |
0.2 |
|
2.9 |
0.19 |
|
3.1 |
0.17 |
|
3.3 |
0.16 |
|
3.5 |
0.16 |
|
5 |
0.13 |
|
24 |
0.06 |
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
四、光耦测试-频率
TLP521-1、PS2801-1、PS2805-1、TLP127、TLP181、HCPL0603、HCPL0600的测试。
1、测试使用的电路
--------------------------------------------------------------
2、测试结果
|
光耦型号 |
通过频率 |
上升时间 t_PHL |
下降时间 t_PLH |
|
TLP521-1 |
61.5KHz |
3us |
4us |
|
PS2801-1 |
40KHz |
5us |
6us |
|
PS2805-1 |
40KHz |
3us |
5us |
|
TLP127 |
2KHz |
1us |
100us |
|
TLP181 |
61.5KHz |
2us |
3us |
|
HCPL0603 |
8MHz |
36ns |
6ns |
测试中发现TLP127的关闭时间很长，该光耦为达林顿管输出，其原因可能是由于达林顿管的输出电流能力较强，最大可达150mA，而我们测试电路的负载较小，输出端泻电流较慢，导致电平保持时间、关断时间等都很长。在4K波形中可以看到，电流尚未来得及完全释放下一个上升沿即已经开始，此时的信号输出已经无法正常使用。芯片手册上给出的参数亦是如此，在典型电路的测试中（详情请参阅厂家的数据手册）关断时间达到80us，因此在使用该类型光耦是要注意。HCPL0603为高速集成电路输出光耦，因此可使用频率相当高，测试中甚至可达到20MHz的极限频率。
FOD3180不仅具有最大200ns极低延迟的高速特性，还具有2.0A的电流输出能力。
|
Mode |
Sym. |
Test circuit |
Test condition |
Typ.* |
Max. |
|
6N136 |
tPHL |
1 |
RL=1.9K |
200ns |
800ns |
|
tPLH |
1 |
RL=1.9K |
600ns |
800ns |
|
|
6N137 |
tPHL |
1 |
RL=350Ω,Cl=15pF,IF=7.5mA |
60ns |
75ns |
|
tPLH |
1 |
RL=350Ω,Cl=15pF,IF=7.5mA |
60ns |
75ns |
|
|
HCPL4503 |
tPHL |
1 |
RL=1.9K |
200ns |
1000ns |
|
tPLH |
1 |
RL=1.9K |
600ns |
1000ns |
|
|
HCPL4504 |
tPHL |
1 |
Pulse: f = 20 kHz, Duty Cycle =10%, IF = 16 mA, VCC = 5.0 V, RL = 1.9 kΩ, CL = 15 pF, VTHHL = 1.5 V |
200ns |
300ns |
|
tPLH |
1 |
Pulse: f = 20 kHz, Duty Cycle =10%, IF = 16 mA, VCC = 5.0 V, RL = 1.9 kΩ, CL = 15 pF, VTHHL = 1.5 V |
500ns |
700ns |
|
|
FOD3180 |
tPHL |
0 |
IF = 10mA, Rg = 10, f = 250kHz, Duty Cycle = 50%, Cg = 10nF |
135ns |
200ns |
|
tPLH |
0 |
IF = 10mA, Rg = 10, f = 250kHz, Duty Cycle = 50%, Cg = 10nF |
105ns |
200ns |
|
TLP113 |
tPHL |
0 |
IF=016mA CL=15pF, RL=350 |
60ns |
120ns |
|
tPLH |
0 |
IF=016mA CL=15pF, RL=350 |
60ns |
120ns |
6N137/HCPL-0600/01/11 DataSheet：
**Ratings apply to all devices except otherwise noted in the Package column.
图6.2.1 检测电路
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七、可控硅驱动光耦
1、过零型
应用于不需要移相调整的电路或当中。比如功能单一的开关功能，过零触发可以最大程度的消除干扰。施加驱动信号后的第一个过零点导通（驱动信号与过零点“与运算”的关系），比如：MOC3063、MOC3083等。
7.1.2 可控硅控制样图
T1与栅极之间悬空或接一个分流电阻；双向触发串联限流电阻后，加在栅极和T2之间；如下图所示。T2接热端还是负载没有关系；若能够确定电源的相线和零线，T1接在零线上较好。
7.1.3 T1、T2连接位置与波形
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2、非过零型
主要用于移相控制电路，如调光调速等改变导通角的驱动应用当中。施加信号后即导通（通常用于斩波、调功，会对电网产生干扰），比如：MOC3021、MOC3052等。
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