光耦的设计及电气特性解析

光耦的设计及电气特性解析HXiHuXinJuly,20092009/7/141题外话‹器件在电源设计中的重要性‹器件在电源设计中的重要性‹器件成本与性能的平衡‹器件封装,成本与PCB空间的平衡‹设计的裕量器件各项性能的l‹设计的裕量—器件各项性能的toleranceContents‹光耦主要电气规格的定义与解释‹光耦主要电气规格的定义与解释‹光耦CTR变化对设计的影响‹光耦的寿命计算‹光耦的小信号特征及其对环路的影响‹光耦的小信号特征及其对环路的影响‹提高设计效率的建议2009/7/143‹光耦主要电气规格的定义与解释‹光耦主要电气规格的定义与解释2009/7/144‹光耦主要电气规格的定义与解释FODB100/1/2SingleChannelMicrocouplerfromFAIRCHILDTCMT1100Series/TCMT4100SeriesfromVISHAY2009/7/1452009/7/145SeriesfromVISHAY‹光耦主要电气规格的定义与解释用处:基于电气绝缘的信号传递光耦包括一个光发射二极管(LED),及NPNphototransistor.下图显示了常见光耦的原理图，图B是一个展开的原理图，包括B-C间的光检测器检测器。LED电流IF会产生一个opticalflux，而被光二极管检测，光二极管会产生一个photocurrent,Icb,被phototransistor放大。Phototransistor会提供CE电流I器件的电流增益被定义为CTR供C-E电流，Ice,器件的电流增益被定义为CTR。2009/7/146Phototransistorcouplerschematic‹光耦主要电气规格的定义与解释AblMiRiVISO（IsolationVoltage）‹光耦主要电气规格的定义与解释--AbsoluteMaximumRatings（g）指光耦输入和输出PIN之间所允许通过的最大交流电压值，表示为RMS值。确保光耦一定的绝缘阻抗。一般情况下，此定义只是保证有限测试时间，例如1分钟，而不是无限制的。FODB100/1/2SingleChannelMicrocouplerfromFAIRCHILDTCMT1100Series/TCMT4100SeriesfromVISHAY2009/7/147‹光耦主要电气规格的定义与解释AblMiRiOperatingAmbientTemperature:TA(°C)器件正常工作所允许的温度范围‹光耦主要电气规格的定义与解释--AbsoluteMaximumRatings器件正常工作所允许的温度范围。通常当环境温度上升时，器件所能承受的功耗会下降对光耦来说，此处所指的温度不是指器件表面的温度，而是指器件周围的环境温度环境温度。Tj:器件的结温定义(=环温+热阻*功耗)。FODB100/1/2SingleChannelMicrocouplerfromFAIRCHILDFODB100/1/2SingleChannelMicrocouplerfromFAIRCHILDTCMT1100Series/TCMT4100SeriesfromVISHAYTCMT1100Series/TCMT4100SeriesfromVISHAY2009/7/148‹光耦主要电气规格的定义与解释AblMiRiLightEmittingDiode:ForwardCurrent:IF(mA)‹光耦主要电气规格的定义与解释--AbsoluteMaximumRatingsLightEmittingDiode:ForwardCurrent:IF(mA)发光二极管所能允许的最大电流，保证环温25C时LED功耗不会导致其损坏。FODB100/1/2SingleChannelMicrocouplerfromFAIRCHILDTCMT1100Series/TCMT4100SeriesfromVISHAY2009/7/142009/7/1492009/7/1499‹光耦主要电气规格的定义与解释AblMiRiLightEmittingDiode:ReverseVoltage:VR(V)‹光耦主要电气规格的定义与解释--AbsoluteMaximumRatingsLightEmittingDiode:ReverseVoltage:VR(V)LED所能承受的最大反向电压。当超过此电压时，发光二极管会突然有反向电流流过，此时，LED无法发光。另外，当有反向电流流过时，可能导致此后发光效率会降低。因此，此反另外当有反向流流时可能导致后发光效率会降低因反向电压超过此规格时，会导致光耦损坏或不可恢复的降额发生。对允许AC电流输入形式的光耦来说，不存在此规格。FODB100/1/2SingleChannelMicrocouplerfromFAIRCHILDTCMT1100Series/TCMT4100SeriesfromVISHAY2009/7/142009/7/14102009/7/14102009/7/141010‹光耦主要电气规格的定义与解释AblMiRiLightEmittingDiode:PowerDissipation:PD(mW)‹光耦主要电气规格的定义与解释--AbsoluteMaximumRatingsLightEmittingDiode:PowerDissipation:PD(mW)25度环温时光耦原边LED所允许的最大功耗。一般来说环温增加时，LED所能承受的功耗值降低。FODB100/1/2SingleChannelMicrocouplerfromFAIRCHILDTCMT1100Series/TCMT4100SeriesfromVISHAY2009/7/14111111111111‹光耦主要电气规格的定义与解释AblMiRiPhoto-transistor:PowerDissipation:PC(mW)‹光耦主要电气规格的定义与解释--AbsoluteMaximumRatingsPhototransistor:PowerDissipation:PC(mW)25C环温时光耦上photo-transistor所能承受的最大功耗。一般来说，当温度上升时，所允许的最大功耗值会下降。FODB100/1/2SingleChannelMicrocouplerfromFAIRCHILDTCMT1100Series/TCMT4100SeriesfromVISHAY2009/7/1412‹光耦主要电气规格的定义与解释AblMiRiPhoto-transistor:CollectortoEmitterVoltage:VCEO(V)‹光耦主要电气规格的定义与解释--AbsoluteMaximumRatings在光耦原边LED上没有电流流过时，Photo-transistor上集电极和发射级之间所能承受的最大电压。Photo-transistor:EmittertoCollectorVoltage:VECO(V)在光耦原边上没有电流流过时上发射极和集电级在光耦原边LED上没有电流流过时，Photo-transistor上发射极和集电级之间所能承受的最大电压。瞬间的电压超过此规格，也会导致器件损坏或者不可恢复的降额(non-blddti)发生recoverabledegradation)发生。FODB100/1/2SingleChannelMicrocouplerfromFAIRCHILDTCMT1100Series/TCMT4100SeriesfromVISHAY2009/7/1413‹光耦主要电气规格的定义与解释AblMiRiPhoto-transistor:CollectorCurrent:IC(mA)‹光耦主要电气规格的定义与解释--AbsoluteMaximumRatingsPhototransistor:CollectorCurrent:IC(mA)在环温25C时，所能允许的流过photo-transistor集电极上最大电流，以保证transistor在其所能承受的最大功耗（PC）规格以下。FODB100/1/2SingleChannelMicrocouplerfromFAIRCHILDTCMT1100Series/TCMT4100SeriesfromVISHAY2009/7/1414‹光耦主要电气规格的定义与解释ElilChiiCurrentTransferRatio:CTR(%)在给定Tit上V条件下I(I)与LED上正向电流I之间的比值‹光耦主要电气规格的定义与解释--ElectricalCharacteristics在给定Transistor上VCE条件下，Ic(Ice)与LED上正向电流IF之间的比值。定义：+2009/7/1415‹光耦主要电气规格的定义与解释ElilChii‹光耦主要电气规格的定义与解释--ElectricalCharacteristics一般来说，CTR随着IF电流，环境温度TA或者Transistor上的电压VCE变化而变化。同时在使用过程中，按照实际的环境温度以及IF的条件而发生变化。同时和作时间有关也就是会老化同时CTR和工作时间有关，也就是会老化。在实际使用光耦时，为满足传导设定的IC电流的要求而设定IF电流大小，在定的环境温度T及V及全部的工作寿命条件下可利用CTRI曲在一定的环境温度TA，及VCE，及全部的工作寿命条件下,可利用CTR-IF曲线，CTR-TA曲线，VCE-IC曲线以及光耦CTR长期的降额曲线，从而设计IF电流值等于或大于要求的最小值。FODB100/1/2SingleChannelMicrocouplerfromFAIRCHILD2009/7/1416‹光耦主要电气规格的定义与解释ElilChii‹光耦主要电气规格的定义与解释--ElectricalCharacteristicsFODB100/1/2SingleChannelMicrocouplerfromFAIRCHILDFODB100/1/2SingleChannelMicrocouplerfromFAIRCHILDTCMT1100Series/TCMT4100SeriesfromVISHAY2009/7/1417‹光耦主要电气规格的定义与解释ElilChii‹光耦主要电气规格的定义与解释--ElectricalCharacteristicsFromNECOptoTCMT1100Series/TCMT4100SeriesfromVISHAY2009/7/1418TCMT1100Series/TCMT4100SeriesfromVISHAY‹光耦主要电气规格的定义与解释ElilChii‹光耦主要电气规格的定义与解释--ElectricalCharacteristicsCTRVT曲线的解释CTRVsTa曲线的解释--LightLED的发光效率（luminousefficiency）具有负的温度系数，而晶体管的hfe具有正的温度系数。CTR与温度的关系曲线是这两种温度特征的组合CTR与温度的关系曲线是这两种温度特征的组合。2009/7/1419‹光耦主要电气规格的定义与解释ElilChii‹光耦主要电气规格的定义与解释--ElectricalCharacteristicsFromNECTCMT1100Si/TCMT4100SifVISHAY2009/7/1420TCMT1100Series/TCMT4100SeriesfromVISHAY‹光耦主要电气规格的定义与解释ElilChiiFromNEC‹光耦主要电气规格的定义与解释--ElectricalCharacteristics2009/7/1421‹光耦主要电气规格的定义与解释ElilChiiTCMT1100Series/TCMT4100SeriesfromVISHAY‹光耦主要电气规格的定义与解释--ElectricalCharacteristicsTCMT1100Series/TCMT4100SeriesfromVISHAY20