光耦(光電耦合器)在當前的電路設計中是很常用的元器件,基本上大部分的專案中都會有所用到,主要用於電平轉換用、訊號隔離、提高電磁抗擾度等等。因為光耦的工作原理比較簡單,所以一般很少有人會對光耦的工作特性進入深入研究,除非是實際使用**現了問題,才會去細看光耦的datasheet。
以前的專案設計中也經常用到光耦,但是一直也沒有出現過什麼特別的問題,因此也並沒有對光耦的工作特性進行深入的了解。但是最近就出現了乙個問題,讓人有點摸不著頭腦:其中一台裝置在乙個地方用的好好的,換乙個地方用就工作不正常了。
開始,我們懷疑是不是:交流市電輸入電壓不穩或電壓偏低超出工作範圍導致、是不是現場電磁干擾太強導致的、或者是板子上的元器件壞了或者虛焊了、工作環境溫度等等。最終經過多方除錯,排除各個因素,最終發現是因為環境溫度問題導致光耦電路工作不正常,進而影響裝置執行。結果有點出乎我的意外,所以我覺得非常有必要對光耦的工作特性進行深入的了解。
光耦合器(opticalcoupler equipment,英文縮寫為ocep),亦稱光電隔離器或光電耦合器,簡稱光耦。光耦是以光為媒介來轉換電訊號的器件,主要由發光器和受光器(光敏半導體管)組成,由輸入端驅動發光器發光,受光器接受光線之後改變自身的阻抗,若受光器兩端有電壓,則會改變電流大小,從而實現「電—光—電」轉換。
光耦合器屬於電流型驅動的單向訊號傳輸器件,輸入端與輸出端完全實現電氣隔離,抗干擾能力強,傳輸效率高,廣泛應用於電平轉換、訊號隔離、開關電路、儀器儀表、通訊裝置等中。
一般在沒有特殊用途的時候,設計人員只會關心光耦以下這幾個引數:驅動電流if、電流傳輸比(current transfer ratio)等。
裝置中故障點光耦的使用目的是想實現40khz頻率電平訊號的電氣隔離,input和vcc電壓均約為3.3v,rd為470ω,rl為1kω。在正常室溫條件下,發光二級管電流if約為4ma,而光耦的ctr約為100%,因此output輸出的電平訊號幅值可以滿足設計要求。
但是,為什麼正常室溫下使用沒什麼問題的光耦電路,在環境溫度較高的情況下就會出現工作不正常的問題呢?那是因為光耦datasheet中給出的部分參考資料都是基於室溫25℃的條件下【electrical characteristics (ta = 25°c unless otherwise specified)】。因此,當環境問題不再是25℃時,或者訊號頻率不再是低頻訊號時,就需要參考datasheet中的其他資料了。
↑上圖↑是室溫情況下的output電平訊號實測圖。
↑上圖↑是高溫情況下的output電平訊號實測圖。
將負載電阻rl減少為470ω,再次檢視output的輸出電平,實測高溫時低電平的幅值約為0.6v,可以滿足設計要求。該光耦應用電路後續還有改進空間,等待繼續研究。
↑上圖↑是室溫情況下的output電平訊號實測圖。
↑上圖↑是高溫情況下的output電平訊號實測圖。
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