光耦基礎(chǔ)知識(shí)課件

光耦基礎(chǔ)知識(shí)及Avago產(chǎn)品技術(shù)中心2010-12-14知識(shí)框架光耦基礎(chǔ)知識(shí)光耦內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理光耦特性幾種數(shù)字隔離器優(yōu)勢(shì)對(duì)比光耦分類(lèi)相關(guān)參數(shù)指標(biāo)說(shuō)明光耦的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域幾種常用光耦的特性Avago光耦產(chǎn)品Avago光耦的特點(diǎn)Avago光耦的詳細(xì)產(chǎn)品分類(lèi)附：術(shù)語(yǔ)說(shuō)明光耦的基礎(chǔ)知識(shí)光耦特性-SWOT分析Threats數(shù)字隔離器的取代：速度快、功耗低、可靠性高SWeaknesses：LED老化；速度受限；Opportunities對(duì)隔離效果要求高；開(kāi)關(guān)電源；……Strengths：共模抑制能力強(qiáng)；抗干擾能力強(qiáng)；無(wú)粗點(diǎn)、壽命長(zhǎng)；效率高；WOT各種數(shù)字隔離器的性能優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)示意圖廠商陣營(yíng)應(yīng)用場(chǎng)合光耦合技術(shù)抗干擾強(qiáng)速度受限、功耗、LED老化Avago、Vishay、Toshiba..Fairchild電機(jī)、電源控制系統(tǒng)電感耦合技術(shù)共模差異和差分傳輸特性（變壓器允許噪聲和信號(hào)頻率重疊，但是會(huì)呈現(xiàn)出噪聲高共模阻抗和信號(hào)低差分阻抗。）信號(hào)能量傳輸可以為近100%的效率對(duì)外部磁場(chǎng)（噪聲）的磁化數(shù)據(jù)運(yùn)行長(zhǎng)度受限（變壓器允許的帶寬內(nèi)）ADI、SiliconLads電力自動(dòng)化、工業(yè)測(cè)量、樓宇控制、煤礦安全、安防消防、智能交通、流量計(jì)、運(yùn)動(dòng)控制、電機(jī)控制、汽車(chē)車(chē)體通訊、儀器儀表、航天航空等

光耦主要參數(shù)共模抑制比CMR在光耦內(nèi)部，由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很?。?pF以?xún)?nèi)）所以共模輸入電壓通過(guò)極間耦合電容對(duì)輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。增益-電流傳輸比電流轉(zhuǎn)換比有一定范圍，和LED電流，環(huán)境溫度都有關(guān)系，并且會(huì)隨使用時(shí)間衰減。電流傳輸比CTR：輸出管的工作電壓為規(guī)定值時(shí)，輸出電流和發(fā)光二極管正向電流之比，通常用直流電流傳輸比來(lái)表示。當(dāng)輸出電壓保持恒定時(shí)，它等于直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比。采用一只光敏三極管，CTR的范圍為20%～300%（如4N35），PC817則為80%～160%，達(dá)林頓型光耦合器（如4N30）可達(dá)100%～5000%。Speed

光耦速度：?jiǎn)挝粸镸bit/s，通常標(biāo)識(shí)為MBd，1MBd=1Mbit/s；輸出-傳輸延時(shí)、脈寬失真比和延時(shí)偏差LED驅(qū)動(dòng)電流及正向壓降采用高效率的LED和高增益的接收放大電路可以降低驅(qū)動(dòng)電流的需求。較小的If可以降低系統(tǒng)功耗，并降低LED的衰減，提高系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠性。發(fā)光二極管正向壓降Vf：大于普通二極管的正向壓降，大約為2V；光耦的分類(lèi)-1非線性光耦：適合開(kāi)關(guān)信號(hào)的傳輸，不適合模擬量傳輸。4N系列線性光耦：電流傳輸特性曲線接近直線，且小信號(hào)性能較好。PC817A—C系列

按輸出特性分按速度分低速光耦：光敏三極管、光電池等輸出型高速光耦：光敏二極管帶信號(hào)處理電路或者光敏集成電路輸出型按封裝形式分同軸型雙列直插型TO封裝型扁平封裝型貼片封裝型光纖傳輸型按通道分單通道雙通道多通道光耦的分類(lèi)-2按隔離特性分普通隔離光耦：一般光學(xué)膠灌封低于5000V，空封低于2000V高壓隔離光耦：可分為10kV，20kV，30kV等按工作電壓分低電源電壓型光電耦合器（一般5～15V）高電源電壓型光電耦合器（一般大于30V）交流輸入，三極管輸出型直流輸入,達(dá)林頓三極管輸出型多通道三極管輸出型電機(jī)中的應(yīng)用

微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到功率接口電路，以便于驅(qū)動(dòng)各種類(lèi)型的負(fù)載，如直流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、各種電磁閥等。這種接口電路一般具有帶負(fù)載能力強(qiáng)、輸出電流大、工作電壓高的特點(diǎn)。工程實(shí)踐表明，提高功率接口的抗干擾能力，是保證工業(yè)自動(dòng)化裝置正常運(yùn)行的關(guān)鍵。UPS中的應(yīng)用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線中的應(yīng)用次級(jí)控制開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用門(mén)極驅(qū)動(dòng)光耦在馬達(dá)和電源控制系統(tǒng)中，電源設(shè)備與微控制器間的信號(hào)都需要隔離，同時(shí)需要附加門(mén)極驅(qū)動(dòng)及電流/電壓傳感等功能。Avago門(mén)極驅(qū)動(dòng)及隔離放大產(chǎn)品為馬達(dá)控制應(yīng)用提供低成本、高性能的解決方案。高性能的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)要求精確的時(shí)鐘，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的開(kāi)關(guān)操作。而微控制器的控制信號(hào)要與高壓端隔離開(kāi)，Avago提供多款門(mén)極驅(qū)動(dòng)光耦供選擇。特性應(yīng)用速度快、共模抑制能力強(qiáng)、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)；電機(jī)、電源控制系統(tǒng)中的門(mén)極驅(qū)動(dòng)、工業(yè)變頻器；線性光耦特性應(yīng)用線性度高，特別是小信號(hào)時(shí)；適合傳輸模擬電壓或電流信號(hào)，電流/電壓傳感檢測(cè)；線性光耦合器與普通光耦合器典型的CTR-IF特性曲線，分別如圖中的虛線和實(shí)線所示。

由圖可見(jiàn)，普通光耦合器的CTR-IF特性曲線呈非線性，在IF較小時(shí)的非線性失真尤為嚴(yán)重，因此它不適合傳輸模擬信號(hào)。線性光耦合器的CTR-IF特性曲線具有良好的線性度，特別是在傳輸小信號(hào)時(shí)，其交流電流傳輸比(ΔCTR＝ΔIC/ΔIF)很接近于直流電流傳輸比CTR值。因此，它適合傳輸模擬電壓或電流信號(hào)，能使輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。這是其重要特性。

Avago光耦A(yù)vago光耦特點(diǎn)產(chǎn)品種類(lèi)多，涵蓋各種封裝、速率，多通道數(shù)供選擇；產(chǎn)品性能高：速度快（達(dá)到50MBd）、共模抑制能力強(qiáng)（達(dá)40kV/us）、低電壓、低功耗、大工作溫度范圍、有支持雙電源電壓產(chǎn)品。主要的應(yīng)用領(lǐng)域是在工業(yè)市場(chǎng)，包括工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、電機(jī)控制、輸入輸出隔離、配電系統(tǒng)以及交換式電源等。同時(shí)在開(kāi)拓新興市場(chǎng)，包括消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品，如等離子顯示器、空調(diào)、感應(yīng)加熱電磁爐、健身器材、洗衣機(jī)等。Avago光耦的詳細(xì)分類(lèi)光電耦合器-密封

10MBd、高CMR、單通道

(32)

10MBd、高CMR、雙通道

(75)

10MBd、高CMR、四通道

(5)

20MBd、極高速

(49)

5MBd、低電流、寬Vcc

(54)

IGBT門(mén)驅(qū)動(dòng)

(26)

交/直流轉(zhuǎn)邏輯接口

(21)

單通道高速晶體管

(22)

雙通道高速晶體管

(49)

四通道高速晶體管

(5)

密封功率MOSFET

(17)

智能功率模塊和門(mén)驅(qū)動(dòng)接口

(17)

模擬隔離放大器

(13)

高增益單通道

(44)

高增益雙通道

(49)

高增益四通道

(56)

高速邏輯門(mén)、10MBd線路接收器

(20)

光電耦合器-塑料封裝光耦

固態(tài)繼電器(PhotoMOSFET)

(28)

多通道雙向數(shù)字光電耦合器

(6)

寬帶模擬/視頻光電耦合器

(2)

微型隔離放大器

(19)

數(shù)字光電耦合器

100KBd達(dá)靈頓晶體管輸出光電耦合器

(22)

10MBd邏輯門(mén)

(44)

1MBd晶體管輸出光電耦合器

(19)

20MBd邏輯門(mén)

(2)

5MBd邏輯門(mén)

(12)

8MBd邏輯門(mén)

(2)

高速CMOS邏輯門(mén)

(17)

數(shù)字隔離器

(12)

智能功率模塊接口光電耦合器

(33)

電力線通信接口

(5)

車(chē)用光電耦合器-AEC-Q100光電耦合器

車(chē)用微型隔離放大器

(1)

車(chē)用數(shù)字光電耦合器

(4)

車(chē)用智能功率模塊接口光電耦合

(2)

車(chē)用集成型門(mén)驅(qū)動(dòng)光電耦合器

(3)

通用光敏晶體管光電耦合器

(20)

隔離20mA電流環(huán)路發(fā)射器-接收器

(2)

隔離型電壓/電流檢測(cè)器

(5)

隔離線路接收器

(2)

集成型門(mén)驅(qū)動(dòng)光電耦合器

(36)

高線性度模擬光電耦合器

(2)

可鏈接至官網(wǎng)Avago專(zhuān)用光耦特點(diǎn)術(shù)語(yǔ)正向壓降VF：二極管通過(guò)的正向電流為規(guī)定值時(shí)，正負(fù)極之間所產(chǎn)生的電壓降。正向電流IF：在被測(cè)管兩端加一定的正向電壓時(shí)二極管中流過(guò)的電流。反向電流IR：在被測(cè)管兩端加規(guī)定反向工作電壓VR時(shí)，二極管中流過(guò)的電流。反向擊穿電壓VBR：被測(cè)管通過(guò)的反向電流IR為規(guī)定值時(shí)，在兩極間所產(chǎn)生的電壓降。結(jié)電容CJ：在規(guī)定偏壓下，被測(cè)管兩端的電容值。反向擊穿電壓V(BR)CEO：發(fā)光二極管開(kāi)路，集電極電流IC為規(guī)定值，集電極與發(fā)射集間的電壓降。輸出飽和壓降VCE(sat)：發(fā)光二極管工作電流IF和集電極電流IC為規(guī)定值時(shí)，并保持IC/IF≤CTRmin時(shí)（CTRmin在被測(cè)管技術(shù)條件中規(guī)定）集電極與發(fā)射極之間的電壓降。反向截止電流ICEO：發(fā)光二極管開(kāi)路，集電極至發(fā)射極間的電壓為規(guī)定值時(shí)，流過(guò)集電極的電流為反向截止電流。電流傳輸比CTR：輸出管的工作電壓為規(guī)定值時(shí)，輸出電流和發(fā)光二極管正向電流之比為電流傳輸比CTR。脈沖上升時(shí)間tr、下降時(shí)間tf：光耦合器在規(guī)定工作條件下，發(fā)光二極管輸入規(guī)定電流IFP的脈沖波，輸出端管則輸出相應(yīng)的脈沖波，從輸出脈沖前沿幅度的10%到90%，所需時(shí)間為脈沖上升時(shí)間tr。從輸出脈沖后沿幅度的90%到10%，所需時(shí)間為脈沖下降時(shí)間tf。傳輸延遲時(shí)間tPHL、tPLH：光耦合器在規(guī)定工作條件下，發(fā)光二極管輸入規(guī)定電流IFP的脈沖波，輸出端管則輸出相應(yīng)的脈沖波，從輸入脈沖前沿幅度的50%到輸出脈沖電平下降到1.5V時(shí)所需時(shí)間為傳輸延遲時(shí)間tPHL。從輸入脈沖后沿幅度的50%到輸出脈沖電平上升到1.5V時(shí)所需時(shí)間為傳輸延遲時(shí)間tPLH。入出間隔離電容CIO：光耦合器件輸入端和輸出端之間的電容值。入出間隔離電阻RIO：半導(dǎo)體光耦合器輸入端和輸出端之間的絕緣電阻值。入出間隔離電壓VIO：光耦合器輸入端和輸出端之間絕緣耐壓值。CMTR（commonmodetransientrejection）：描述共模電壓上升/下降的速度，單位voltsperm