普通光耦和高速光耦

源知 2024-03-17 15:01 680 閱讀 2 贊 4 收藏 0 評論

通常是高增益光電探測器或光接收器（低電流可驅動，無需中間驅動，控制器可以直接驅動）多數采用“高速”或“數字”光耦，因為它其中一項指標便是數據傳輸率，以數據信號速率來衡量，可以輕松應用在信號通信中，如R485、SPI、CAN以及I2C等需要隔離的通信，如下是某光耦在手冊中標定的速率指標：

但在驅動設計中我們更加要注重它的開關特性，因為我們的目的是傳輸PWM。在驅動PWM傳輸中，輸出光接收器工作在開/關（ON/OFF）狀態，即要么飽和導通，要么截止關斷。

在驅動中，正如前面所說，我們重點介紹適合傳輸PWM信號的光耦，也就是傳輸開關控制信號的光耦，這里我們把它命名為“高速開關光耦”，經過不斷設計摸索，這里可以用“比較器”和“運算放大器”的用法做一個類比，我們不用運算放大器做比較器，就是因為運算放大器做為信號調理器件通常工作在線性區用于放大信號，如果讓其工作在飽和區，難免會存在進入飽和與退出飽和困難的問題，也就是與開關器件相比較，造成較大的延時不確定性，而比較器的特點就是開關動作響應的快速性，內部輸出晶體管要么在飽和區，要么就在截止區，并且切換速度高，如下圖LM211，低→高和高→低分別為115ns和165ns。

比較器進入飽和與退出飽和

對于運放，一旦進入深度飽和，從延時來看，畢竟是災難性的，一般退保和時間需要數十微秒，所以要求高速應用的情況下避免使用運放做為比較器，也就不談開關特性。如下是LM2904過載數據，也就是進入飽和后需要恢復的時間“tOR”，典型值為10us。

運放退飽和時間tOR

同理，我們再命名一種相對“高速開關光耦”的器件—“普通光耦”，“開關光耦”和“普通光耦”同樣也會有巨大的延時差異問題，但是驅動中，我們要盡量減少延時，達到信號無失真的快速可靠傳輸，才能滿足系統靜態和動態的快速響應要求。

難道驅動中不會用到性價比很高的“普通光耦”嗎（常見的型號如：PC817），當然不是，比如你對傳輸實時性和失真度要求不高的信號，我們就可以使用這類光耦，比如傳輸故障信號，延遲個幾十微秒也沒有關系，因為關鍵保護，如短路保護，都是由驅動自身完成的，故障信號反饋給控制器只是讓控制器再做出相應的其它動作而已。

如下圖，光耦型號分別為HCNW2211和HCNW2611的高速光耦以及PC817和TLP521的普通光耦，對于高速光耦來說，達到開通（飽和）電流閾值，開通過程會快速進入飽和狀態；反之，關斷過程也會從飽和狀態快速進入截止狀態。更多細節我們介紹他們的開關傳輸延遲再說明。

高速和普通光耦進入飽和

普通光耦，有時候我們也把它可以叫做“線性光耦”，其實也不能稱為完全的線性光耦，而是“準線性光耦”，因為多數這類光耦在一定范圍內保持線性關系，如下在CTR平直的一段內說明放大比例是恒定的。

普通光耦的電流傳輸比曲線

普通光耦，通常會給出Ic-IF的關系，即輸入二極管正向電流和輸出集電極電流，同上圖，他們之間也會存在一定的線性關系，其實質也是電流傳輸比的概念“CTR”。

普通光耦的 Ic和IF 曲線

電流傳輸比CTR是輸入和輸出電流百分比的關系，如下是某光耦的傳輸特性參數，其中包含CTR，是50%~600%，把它和三極管電流放大倍數對應的話，就是0.5~6，這就是這個光耦的放大倍數，切不可理解為50~600倍，也就是當IF=5mA時，對應輸出Ic電流是5mA*0.5（0.25mA）~5mA*6（30mA），輸出超過這個電流時，會從飽和區進入線性區。