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(shù)采用“高速”或“數(shù)字”光耦,因為它其中一項指標便是數(shù)據(jù)傳輸率,以數(shù)據(jù)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(tài),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(jīng)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(diào)理器件通常工作在線性區(qū)用于放大信號,如果讓其工作在飽和區(qū),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(nèi)部輸出晶體管要么在飽和區(qū),要么就在截止區(qū),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(shù)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(shù)據(jù),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(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)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(tài);反之,關斷過程也會從飽和狀態(tài)快速進入截止狀態(tài)。更多細節(jié)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(shù)這類光耦在一定范圍內(nèi)保持線性關系,如下在CTR平直的一段內(nèi)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(zhì)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(shù),其中包含CTR,是50%~600%,把它和三極管電流放大倍數(shù)對應的話,就是0.5~6,這就是這個光耦的放大倍數(shù),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(qū)進入線性區(qū)。
普 通 光 耦 傳 輸 特 性 參 數(shù)
波特率或波特,在電子通信領域,波特(Baud)即調(diào)制速率,指的是有效數(shù)據(jù)訊號調(diào)制載波的速率,即單位時間內(nèi)載波調(diào)制狀態(tài)變化的次數(shù),波特(Baud,單位符號:Bd或bd)。
如10Mbd信號速率=10M bit/s,5Mbd=5M bit/s,比如10M bit/s,波特率周期是100ns,也就是可以傳輸10MHz頻率的信號。另外M bps=M bit/s即兆比特每秒,Million bits per second的縮寫。
某 數(shù) 字 光 耦 的 特 征 描 述