史上最完整的关于电耦的完整介绍
在mcu系统中，很多地方都有使用到光耦！
但是光耦是做什么的？都有哪些具体的参数呢？
但是光耦是做什么的？都有哪些具体的参数呢？
什么是光耦？
光耦全称是光耦合器，英文名字是：optical coupler，英文缩写为OC，亦称光电隔离器，简称光耦。
光耦的结构是什么样的？
光耦隔离就是采用光耦合器进行隔离，光耦合器的结构相当于把发光二极管和光敏(三极)管封装在一起。
为什么要使用光耦？
发光二极管把输入的电信号转换为光信号传给光敏管转换为电信号输出，由于没有直接的电气连接，这样既耦合传输了信号，又有隔离干扰的作用。
光耦爱坏吗？
只要光耦合器质量好，电路参数设计合理，一般故障少见。如果系统中出现异常，使输入、输出两侧的电位差超过光耦合器所能承受的电压，就会使之被击穿损坏。
光耦的参数都有哪些？是什么含义？
1、CTR：电流传输比
2、Isolation Voltage：隔离电压
3、Collector-Emitter Voltage：集电极－发射极电压
CTR：发光管的电流和光敏三极管的电流比的最小值
隔离电压：发光管和光敏三极管的隔离电压的最小值
集电极－发射极电压：集电极－发射极之间的耐压值的最小值
2、Isolation Voltage：隔离电压
3、Collector-Emitter Voltage：集电极－发射极电压
CTR：发光管的电流和光敏三极管的电流比的最小值
隔离电压：发光管和光敏三极管的隔离电压的最小值
集电极－发射极电压：集电极－发射极之间的耐压值的最小值
光耦什么时候导通？什么时候截至？
关于TLP521-1的光耦的导通的试验报告
要求：
3.5v～24v 认为是高电平，0v～1.5v认为是低电平
思路：
1、0v～1.5v认为是低电平，利用串接一个二极管1N4001的压降0.7V+光耦的LED的压降，吃掉1.4V左右；
2、24V是最高电压，不能在最高电压的时候，光耦通过的电流太大；所以选用2K的电阻；光耦工作在大概10mA的电流，可以保证稳定可靠工作n年以上；
3、3.5V以上是高电平，为了尽快进入光敏三极管的饱和区，要把光耦的光敏三极管的上拉电阻加大；因此选用10K；同时要考虑到ctr最小为50％；
电路：
1、发光管端：
实验室电源（0～24V）->2K->1N4001->TLP521-1(1)->TLP521-1(2)-gnd1
2、光敏三极管：
实验室电源（DC5V）->10K->TLP521-1(4)->TLP521-1(3)-gnd2
3、万用表
直流电压挡20V
万用表+-> TLP521-1(4)
万用表--> TLP521-1(3)
试验结果
输入电源 万用表电压(V)
1.3V 5
1.5V 4.8
1.7V 4.41
1.9V 3.58
2.1V 2.94
2.3V 1.8
2.5V 0.58
2.7V 0.2
2.9V 0.19
3.1V 0.17
3.3V 0.16
3.5V 0.16
5V 0.13
24V 0.06
要求：
3.5v～24v 认为是高电平，0v～1.5v认为是低电平
思路：
1、0v～1.5v认为是低电平，利用串接一个二极管1N4001的压降0.7V+光耦的LED的压降，吃掉1.4V左右；
2、24V是最高电压，不能在最高电压的时候，光耦通过的电流太大；所以选用2K的电阻；光耦工作在大概10mA的电流，可以保证稳定可靠工作n年以上；
3、3.5V以上是高电平，为了尽快进入光敏三极管的饱和区，要把光耦的光敏三极管的上拉电阻加大；因此选用10K；同时要考虑到ctr最小为50％；
电路：
1、发光管端：
实验室电源（0～24V）->2K->1N4001->TLP521-1(1)->TLP521-1(2)-gnd1
2、光敏三极管：
实验室电源（DC5V）->10K->TLP521-1(4)->TLP521-1(3)-gnd2
3、万用表
直流电压挡20V
万用表+-> TLP521-1(4)
万用表--> TLP521-1(3)
试验结果
输入电源 万用表电压(V)
1.3V 5
1.5V 4.8
1.7V 4.41
1.9V 3.58
2.1V 2.94
2.3V 1.8
2.5V 0.58
2.7V 0.2
2.9V 0.19
3.1V 0.17
3.3V 0.16
3.5V 0.16
5V 0.13
24V 0.06
思考题：光耦的CTR（电流传输比）是什么含义？
思考题：
1、光耦的CTR（电流传输比）是什么含义？
2、CTR与上拉电阻和光耦的光敏三极管之间与饱和导通或者截至之间的关系；
参考资料：TLP521-1的CTR为50％（最小值）；
1、光耦的CTR（电流传输比）是什么含义？
2、CTR与上拉电阻和光耦的光敏三极管之间与饱和导通或者截至之间的关系；
参考资料：TLP521-1的CTR为50％（最小值）；
TLP521-1的长相
光藕的电流传输比
电流传输比是光藕的重要参数，通常用直流电流传输比来表示。其条件是：当输出电压保持恒定时，等于直流输出电流IC与直流输入电流IF的百分比，说明要获得同样的输出电流IC，电流传输比越大，需要的输入电流IF越小。这表明光藕器件的最主要特征是电流型器件。
光耦的分类：
1、低速光耦
2、高速光耦
3、线性光耦
2、高速光耦
3、线性光耦
线性光耦原理与电路设计
大部分的光耦都是低速光耦
6N137的测试电路
最小 (CTR在100℃)=100%x0.80x0.80=64%
R_{1}=\frac{(V_{CC}-V_{F})}{I_{F}} →(1)
I_{F}=\frac{I_{CE}}{CTR} →(2)
首先确定所需的I_{CE}，然后可以确定I_{F}。从以上计算可知CTR为64％。假设所需I_{CE}为1mA。
从公式 2可得：I_{F}=\frac{1mA}{0.64}=1.56mA
从表2可知在100℃当V_{F}= 1.1 V时，V_{CC}= 5V；
功耗=(V_{F} I_{F})+(V_{CE} I_{CE})
(导通状态) =(1.1V 1.56mA)+(0.4V 1mA)=2.117mA
根据图1的数据，当温度从0℃上升到100℃时，MFP封装的CTR从+9％下降到 -50％。最小CTR (I_{F}=5mA)为100％。假设LED电流为(I_{F}=1mA)，CTR增益为100%，那么I_{CE}等于1mA。当工作10年后，CTR一般会下降20％。现在，我们可以算出上述条件下最小的CTR：
最小 (CTR在100℃) =100%x0.50x0.80=40%
首先确定所需的I_{CE}，然后可以确定I_{F}。从以上计算可知CTR为40％。假设所需I_{CE}为1mA。
从公式 2可得：I_{F}=\frac{1mA}{0.4}=2.5mA
从表4可知在100℃当V_{F}= 1.15 V时，V_{CC}= 5V；
功耗=(V_{F} I_{F})+(V_{CE} I_{CE})
(导通状态) =(1.15V 2.5mA)+(0.4V 1mA)=3.28mA
热阻
表5列出了两种不同封装在同样电气特性下的热性能。封装密度和封装材料对于封装从结点到周围的散热能力有很大影响。由于Microcoupler 的封装密度较小，因此具有比MFP封装更多的从裸片结点散热的路径。
计算光耦合器裸片温度相对于周围温度的上升：
T_{J}=P_{DEVICE\phantom{8}POWER} _{JA}+T_{A}
Microcoupler
Tj (发射器) = 100.44℃
Tj (检测器) = 100.05℃
MFP
Tj (发射器) = 103.96℃
Tj (检测器) = 100.06℃
结论
在100℃的温度环境维持相同增益的前提下，Microcoupler的功耗比标准MFP封装低约35％。Microcoupler封装的高效率LED和较佳的热性能是在高温应用下获得低功耗的主因。这些优点为设计人员的高温应用提供了理想的低功耗解决方案。
最著名的当然是TLP521-1;
PC817、814等也是经常使用的光耦；
PC817、814等也是经常使用的光耦；
高速光耦最著名也最便宜的是6N137
在通讯电路设计中，光耦是经常见到的；
在通讯电路设计中，光耦是经常见到的；
TLP521-1可以用到9600～19200；
限流电阻是1K；上拉电阻是1K；
6N137可以到10M；但是6N137需要按照datasheet来接它的外部电路才能达到10M的速度；
限流电阻是1K；上拉电阻是1K；
6N137可以到10M；但是6N137需要按照datasheet来接它的外部电路才能达到10M的速度；
6N137的内部和典型电路
6N137的内部结构
6N137的测试电路
6N137的使用注意点：
1、高速光耦的驱动LED的电流要求比较大，LED的压降也比较大，在5V情况下，限流电阻我选择的是680欧姆；
2、上拉电阻需要调整到1K或者更小才能达到10M的速度；（印象记忆中）
2、上拉电阻需要调整到1K或者更小才能达到10M的速度；（印象记忆中）
还有一种特殊的光耦，内部有2个发光管
常见之高速光藕型号
常见之高速光藕型号[zt]
经查大量资料后，总结出目前市场上常见之高速光藕型号供大家选择：
100K bit/S:
6N138、6N139、PS8703
1M bit/S:
6N135、6N136、CNW135、CNW136、PS8601、PS8602、PS8701、PS9613、PS9713、CNW4502、HCPL-2503、HCPL-4502、HCPL-2530（双路）、HCPL-2531（双路）
10M bit/S:
6N137、PS9614、PS9714、PS9611、PS9715、HCPL-2601、HCPL-2611、HCPL-2630（双路）、HCPL－2631（双路）
另外，台湾COSMO公司的KP7010在RL选值为300欧左右时，我根据其数据手册所载数值计算，速率可达100Kbit/S，且为6脚封装，比同级的6N138、6N139小巧，价格也较低。
经查大量资料后，总结出目前市场上常见之高速光藕型号供大家选择：
100K bit/S:
6N138、6N139、PS8703
1M bit/S:
6N135、6N136、CNW135、CNW136、PS8601、PS8602、PS8701、PS9613、PS9713、CNW4502、HCPL-2503、HCPL-4502、HCPL-2530（双路）、HCPL-2531（双路）
10M bit/S:
6N137、PS9614、PS9714、PS9611、PS9715、HCPL-2601、HCPL-2611、HCPL-2630（双路）、HCPL－2631（双路）
另外，台湾COSMO公司的KP7010在RL选值为300欧左右时，我根据其数据手册所载数值计算，速率可达100Kbit/S，且为6脚封装，比同级的6N138、6N139小巧，价格也较低。
CTR的定义
光耦合器的增益被称为晶体管输出器件的电流传输比 (CTR)，其定义是光电晶体管集电极电流与LED正向电流的比率(ICE/IF)。光电晶体管集电极电流与VCE有关，即集电极和发射极之间的电压
MICROCOUPLER为高温应用提升功耗性能
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MICROCOUPLER为高温应用提升功耗性能 |
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飞兆半导体 Muralitharan Samy、Krishnan Ramdass、Robert Krause |
| 光耦合器是具有绝缘安全性及在输入和输出之间实现电气信号隔离功能的器件，其绝缘和噪声抑制特性来自于采用的机械结构和材料。 光耦合器由一个光源和一个由透明光导管围绕的感光检测器组成，并藏于环氧塑料封装内。光源是红外LED，用来将电流转换为光。感光检测器是一个硅光电二极管，作用是将光转换回电流，然后通过集成的晶体管被放大。光耦合器的增益被称为晶体管输出器件的电流传输比 (CTR)，其定义是光电晶体管集电极电流与LED正向电流的比率(ICE/IF)。光电晶体管集电极电流与VCE有关，即集电极和发射极之间的电压。 额定工作温度高达100℃的设计的出现，使业界对热稳定性和低驱动电流的需求飚升。封装技术的进步也在推动光耦合器封装的发展。从DIP (双列直插式) 转至SOP (小型封装) 及MFP (微型扁平封装) 减小了占位面积，提升了光耦合器的热性能。体积的减小也有助于在工作温度范围内增加热存储和稳定性。 飞兆半导体的Microcoupler (FODB100)是无铅表贴光耦合器，提供高达125℃的封装工作温度。随着工作温度的提升，电气性能和稳定性成为重要的课题。面对这些挑战，新的LED材料被选用以便在规定的工作温度范围内提高CTR稳定性。AlGaAs (铝砷化稼) 红外发光二极管在一定温度范围内较GaAs (砷化稼) 红外发光二极管具有更好的稳定性。AlGaAs LED可于低电流 (最低达500 A) 下工作。更小型的封装和更佳的Ired材料使Microcoupler比传统的光耦合器封装在较高的工作温度范围内具有更加稳定的电气性能。 |
图1功耗的计算图1所示为MFP封装与Microcoupler在工作温度范围内CTR性能的比较。Microcoupler在100℃时的标准化CTR下降率约为20％，而MFP封装则为50％。较小的热体积和较高效率的AlGaAs Ired材料是Microcoupler获得较佳CTR稳定性的原因。由于该产品在一定温度范围内展现较高的稳定性，因此更易于在高温范围内进行设计。
根据图1的数据，当温度从0℃上升到100℃时，FODB100的CTR从+8％下降到 20％。最小CTR（I_{F}=1mA)为100％。当工作10年后，CTR一般会下降20％。现在，我们可以算出上述条件下最小的CTR：
根据图1的数据，当温度从0℃上升到100℃时，FODB100的CTR从+8％下降到 20％。最小CTR（I_{F}=1mA)为100％。当工作10年后，CTR一般会下降20％。现在，我们可以算出上述条件下最小的CTR：
最小 (CTR在100℃)=100%x0.80x0.80=64%
R_{1}=\frac{(V_{CC}-V_{F})}{I_{F}} →(1)
I_{F}=\frac{I_{CE}}{CTR} →(2)
首先确定所需的I_{CE}，然后可以确定I_{F}。从以上计算可知CTR为64％。假设所需I_{CE}为1mA。
从公式 2可得：I_{F}=\frac{1mA}{0.64}=1.56mA
从表2可知在100℃当V_{F}= 1.1 V时，V_{CC}= 5V；
功耗=(V_{F} I_{F})+(V_{CE} I_{CE})
(导通状态) =(1.1V 1.56mA)+(0.4V 1mA)=2.117mA
根据图1的数据，当温度从0℃上升到100℃时，MFP封装的CTR从+9％下降到 -50％。最小CTR (I_{F}=5mA)为100％。假设LED电流为(I_{F}=1mA)，CTR增益为100%，那么I_{CE}等于1mA。当工作10年后，CTR一般会下降20％。现在，我们可以算出上述条件下最小的CTR：
最小 (CTR在100℃) =100%x0.50x0.80=40%
首先确定所需的I_{CE}，然后可以确定I_{F}。从以上计算可知CTR为40％。假设所需I_{CE}为1mA。
从公式 2可得：I_{F}=\frac{1mA}{0.4}=2.5mA
从表4可知在100℃当V_{F}= 1.15 V时，V_{CC}= 5V；
功耗=(V_{F} I_{F})+(V_{CE} I_{CE})
(导通状态) =(1.15V 2.5mA)+(0.4V 1mA)=3.28mA
热阻
表5列出了两种不同封装在同样电气特性下的热性能。封装密度和封装材料对于封装从结点到周围的散热能力有很大影响。由于Microcoupler 的封装密度较小，因此具有比MFP封装更多的从裸片结点散热的路径。
计算光耦合器裸片温度相对于周围温度的上升：
T_{J}=P_{DEVICE\phantom{8}POWER} _{JA}+T_{A}
Microcoupler
Tj (发射器) = 100.44℃
Tj (检测器) = 100.05℃
MFP
Tj (发射器) = 103.96℃
Tj (检测器) = 100.06℃
结论
在100℃的温度环境维持相同增益的前提下，Microcoupler的功耗比标准MFP封装低约35％。Microcoupler封装的高效率LED和较佳的热性能是在高温应用下获得低功耗的主因。这些优点为设计人员的高温应用提供了理想的低功耗解决方案。
可控硅型光耦
还有一种光耦是可控硅型光耦。
例如：moc3063、IL420；
它们的主要指标是负载能力；
例如：moc3063的负载能力是100mA；IL420是300mA；
例如：moc3063、IL420；
它们的主要指标是负载能力；
例如：moc3063的负载能力是100mA；IL420是300mA；
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FEATURES
? High Input Sensitivity IFT=2 mA
? Blocking Voltage, 600 V
? 300 mA On-State Current
? High Static dv/dt 10,000 V/ms
? Inverse Parallel SCRs Provide Commutatingdv/dt >2K V/ms
? Very Low Leakage <10mA
? Isolation Test Voltage from Double
Molded
Package 5300 VAC
RMS
? Small 6-Pin DIP Package
? Underwriters Lab File #E52744
? VDE 0884 Available with Option 1
Maximum Ratings
Emitter
Reverse Voltage ................................................ 6 V
Forward Current ........................................... 60 mA
Surge Current..................................................2.5 A
Power Dissipation.......................................100 mW
Derate from 25°C ................................1.33 mW/°C
Thermal Resistance..................................750°C/W
Detector
Peak Off-State Voltage ...................................600 V
Peak Reverse Voltage ....................................600 V
RMS On-State Current.................................300 mA
Single Cycle Surge............................................ 3 A
Total Power Dissipation ..............................500 mW
Derate from 25°C ..................................6.6 mW/°C
Thermal Resistance...................................150°C/W
Package
Storage Temperature................... –55°C to +150°C
Operating Temperature ............... –55°C to +100°C
Lead Soldering Temperature.............. 260°C/5 sec.
Isolation Test Voltage.........................5300 VACRMS
DESCRIPTION
The IL420 consists of a GaAs IRLED optically coupled to a photosensitive
non-zero crossing TRIAC network. The TRIAC consists of two
inverse parallel connected monolithic SCRs. These three semiconductors
are assembled in a six pin 0.3 inch dual in-line package, using high
insulation double molded, over/under leadframe construction.
High input sensitivity is achieved by using an emitter follower phototransistor
and a cascaded SCR predriver resulting in an LED trigger
current of less than 2 mA (DC).
The IL420 uses two discrete SCRs resulting in a commutating dV/dt of
greater than 10KV/ms. The use of a proprietary
dv/dt clamp
results in a
static dV/dt of greater than 10KV/ms. This clamp circuit has a MOSFET
that is enhanced when high dV/dt spikes occur between MT1 and MT2
of the TRIAC. When conducting, the FET clamps the base of the phototransistor,
disabling the first stage SCR predriver.
The 600 V blocking voltage permits control of off-line voltages up to 240
VAC, with a safety factor of more than two, and is sufficient for as much
as 380 VAC.
The IL420 isolates low-voltage logic from 120, 240, and 380 VAC lines to
control resistive, inductive, or capacitive loads including motors, solenoids,
high current thyristors or TRIAC and relays.
Applications include solid-state relays, industrial controls, office equipment,
and consumer appliances.
FEATURES
? High Input Sensitivity IFT=2 mA
? Blocking Voltage, 600 V
? 300 mA On-State Current
? High Static dv/dt 10,000 V/ms
? Inverse Parallel SCRs Provide Commutatingdv/dt >2K V/ms
? Very Low Leakage <10mA
? Isolation Test Voltage from Double
Molded
Package 5300 VAC
RMS
? Small 6-Pin DIP Package
? Underwriters Lab File #E52744
? VDE 0884 Available with Option 1
Maximum Ratings
Emitter
Reverse Voltage ................................................ 6 V
Forward Current ........................................... 60 mA
Surge Current..................................................2.5 A
Power Dissipation.......................................100 mW
Derate from 25°C ................................1.33 mW/°C
Thermal Resistance..................................750°C/W
Detector
Peak Off-State Voltage ...................................600 V
Peak Reverse Voltage ....................................600 V
RMS On-State Current.................................300 mA
Single Cycle Surge............................................ 3 A
Total Power Dissipation ..............................500 mW
Derate from 25°C ..................................6.6 mW/°C
Thermal Resistance...................................150°C/W
Package
Storage Temperature................... –55°C to +150°C
Operating Temperature ............... –55°C to +100°C
Lead Soldering Temperature.............. 260°C/5 sec.
Isolation Test Voltage.........................5300 VACRMS
DESCRIPTION
The IL420 consists of a GaAs IRLED optically coupled to a photosensitive
non-zero crossing TRIAC network. The TRIAC consists of two
inverse parallel connected monolithic SCRs. These three semiconductors
are assembled in a six pin 0.3 inch dual in-line package, using high
insulation double molded, over/under leadframe construction.
High input sensitivity is achieved by using an emitter follower phototransistor
and a cascaded SCR predriver resulting in an LED trigger
current of less than 2 mA (DC).
The IL420 uses two discrete SCRs resulting in a commutating dV/dt of
greater than 10KV/ms. The use of a proprietary
dv/dt clamp
results in a
static dV/dt of greater than 10KV/ms. This clamp circuit has a MOSFET
that is enhanced when high dV/dt spikes occur between MT1 and MT2
of the TRIAC. When conducting, the FET clamps the base of the phototransistor,
disabling the first stage SCR predriver.
The 600 V blocking voltage permits control of off-line voltages up to 240
VAC, with a safety factor of more than two, and is sufficient for as much
as 380 VAC.
The IL420 isolates low-voltage logic from 120, 240, and 380 VAC lines to
control resistive, inductive, or capacitive loads including motors, solenoids,
high current thyristors or TRIAC and relays.
Applications include solid-state relays, industrial controls, office equipment,
and consumer appliances.
可控硅型光耦
还有一种光耦是可控硅型光耦。
例如：moc3063、IL420；
它们的主要指标是负载能力；
例如：moc3063的负载能力是100mA；IL420是300mA；
例如：moc3063、IL420；
它们的主要指标是负载能力；
例如：moc3063的负载能力是100mA；IL420是300mA；
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FEATURES
? High Input Sensitivity IFT=2 mA
? Blocking Voltage, 600 V
? 300 mA On-State Current
? High Static dv/dt 10,000 V/ms
? Inverse Parallel SCRs Provide Commutatingdv/dt >2K V/ms
? Very Low Leakage <10mA
? Isolation Test Voltage from Double
Molded
Package 5300 VAC
RMS
? Small 6-Pin DIP Package
? Underwriters Lab File #E52744
? VDE 0884 Available with Option 1
Maximum Ratings
Emitter
Reverse Voltage ................................................ 6 V
Forward Current ........................................... 60 mA
Surge Current..................................................2.5 A
Power Dissipation.......................................100 mW
Derate from 25°C ................................1.33 mW/°C
Thermal Resistance..................................750°C/W
Detector
Peak Off-State Voltage ...................................600 V
Peak Reverse Voltage ....................................600 V
RMS On-State Current.................................300 mA
Single Cycle Surge............................................ 3 A
Total Power Dissipation ..............................500 mW
Derate from 25°C ..................................6.6 mW/°C
Thermal Resistance...................................150°C/W
Package
Storage Temperature................... –55°C to +150°C
Operating Temperature ............... –55°C to +100°C
Lead Soldering Temperature.............. 260°C/5 sec.
Isolation Test Voltage.........................5300 VACRMS
DESCRIPTION
The IL420 consists of a GaAs IRLED optically coupled to a photosensitive
non-zero crossing TRIAC network. The TRIAC consists of two
inverse parallel connected monolithic SCRs. These three semiconductors
are assembled in a six pin 0.3 inch dual in-line package, using high
insulation double molded, over/under leadframe construction.
High input sensitivity is achieved by using an emitter follower phototransistor
and a cascaded SCR predriver resulting in an LED trigger
current of less than 2 mA (DC).
The IL420 uses two discrete SCRs resulting in a commutating dV/dt of
greater than 10KV/ms. The use of a proprietary
dv/dt clamp
results in a
static dV/dt of greater than 10KV/ms. This clamp circuit has a MOSFET
that is enhanced when high dV/dt spikes occur between MT1 and MT2
of the TRIAC. When conducting, the FET clamps the base of the phototransistor,
disabling the first stage SCR predriver.
The 600 V blocking voltage permits control of off-line voltages up to 240
VAC, with a safety factor of more than two, and is sufficient for as much
as 380 VAC.
The IL420 isolates low-voltage logic from 120, 240, and 380 VAC lines to
control resistive, inductive, or capacitive loads including motors, solenoids,
high current thyristors or TRIAC and relays.
Applications include solid-state relays, industrial controls, office equipment,
and consumer appliances.
FEATURES
? High Input Sensitivity IFT=2 mA
? Blocking Voltage, 600 V
? 300 mA On-State Current
? High Static dv/dt 10,000 V/ms
? Inverse Parallel SCRs Provide Commutatingdv/dt >2K V/ms
? Very Low Leakage <10mA
? Isolation Test Voltage from Double
Molded
Package 5300 VAC
RMS
? Small 6-Pin DIP Package
? Underwriters Lab File #E52744
? VDE 0884 Available with Option 1
Maximum Ratings
Emitter
Reverse Voltage ................................................ 6 V
Forward Current ........................................... 60 mA
Surge Current..................................................2.5 A
Power Dissipation.......................................100 mW
Derate from 25°C ................................1.33 mW/°C
Thermal Resistance..................................750°C/W
Detector
Peak Off-State Voltage ...................................600 V
Peak Reverse Voltage ....................................600 V
RMS On-State Current.................................300 mA
Single Cycle Surge............................................ 3 A
Total Power Dissipation ..............................500 mW
Derate from 25°C ..................................6.6 mW/°C
Thermal Resistance...................................150°C/W
Package
Storage Temperature................... –55°C to +150°C
Operating Temperature ............... –55°C to +100°C
Lead Soldering Temperature.............. 260°C/5 sec.
Isolation Test Voltage.........................5300 VACRMS
DESCRIPTION
The IL420 consists of a GaAs IRLED optically coupled to a photosensitive
non-zero crossing TRIAC network. The TRIAC consists of two
inverse parallel connected monolithic SCRs. These three semiconductors
are assembled in a six pin 0.3 inch dual in-line package, using high
insulation double molded, over/under leadframe construction.
High input sensitivity is achieved by using an emitter follower phototransistor
and a cascaded SCR predriver resulting in an LED trigger
current of less than 2 mA (DC).
The IL420 uses two discrete SCRs resulting in a commutating dV/dt of
greater than 10KV/ms. The use of a proprietary
dv/dt clamp
results in a
static dV/dt of greater than 10KV/ms. This clamp circuit has a MOSFET
that is enhanced when high dV/dt spikes occur between MT1 and MT2
of the TRIAC. When conducting, the FET clamps the base of the phototransistor,
disabling the first stage SCR predriver.
The 600 V blocking voltage permits control of off-line voltages up to 240
VAC, with a safety factor of more than two, and is sufficient for as much
as 380 VAC.
The IL420 isolates low-voltage logic from 120, 240, and 380 VAC lines to
control resistive, inductive, or capacitive loads including motors, solenoids,
high current thyristors or TRIAC and relays.
Applications include solid-state relays, industrial controls, office equipment,
and consumer appliances.
光耦的部分型号
| 产品名称 | 型号规格 | 性能说明 |
| 光电耦合 | ||
| 4N25 | 晶体管输出 | |
| 4N25MC | 晶体管输出 | |
| 4N26 | 晶体管输出 | |
| 4N27 | 晶体管输出 | |
| 4N28 | 晶体管输出 | |
| 4N29 | 达林顿输出 | |
| 4N30 | 达林顿输出 | |
| 4N31 | 达林顿输出 | |
| 4N32 | 达林顿输出 | |
| 4N33 | 达林顿输出 | |
| 4N33MC | 达林顿输出 | |
| 4N35 | 达林顿输出 | |
| 4N36 | 晶体管输出 | |
| 4N37 | 晶体管输出 | |
| 4N38 | 晶体管输出 | |
| 4N39 | 可控硅输出 | |
| 6N135 | 高速光耦晶体管输出 | |
| 6N136 | 高速光耦晶体管输出 | |
| 6N137 | 高速光耦晶体管输出 | |
| 6N138 | 达林顿输出 | |
| 6N139 | 达林顿输出 | |
| MOC3020 | 可控硅驱动输出 | |
| MOC3021 | 可控硅驱动输出 | |
| MOC3023 | 可控硅驱动输出 | |
| MOC3030 | 可控硅驱动输出 | |
| MOC3040 | 过零触发可控硅输出 | |
| MOC3041 | 过零触发可控硅输出 | |
| MOC3061 | 过零触发可控硅输出 | |
| MOC3081 | 过零触发可控硅输出 | |
| TLP521-1 | 单光耦 | |
| TLP521-2 | 双光耦 | |
| TLP521-4 | 四光耦 | |
| TLP621 | 四光耦 | |
| TIL113 | 达林顿输出 | |
| TIL117 | TTL逻辑输出 | |
| PC814 | 单光耦 | |
| PC817 | 单光耦 | |
| H11A2 | 晶体管输出 | |
| H11D1 | 高压晶体管输出 | |
| H11G2 | 电阻达林顿输出 |
|
线性光耦原理与电路设计 1. 线形光耦介绍
光隔离是一种很常用的信号隔离形式。常用光耦器件及其外围电路组成。由于光耦电路简单,在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到,如UART协议的20mA电流环。对于模拟信号,光耦因为输入输出的线形较差,并且随温度变化较大,限制了其在模拟信号隔离的应用。 对于高频交流模拟信号,变压器隔离是最常见的选择,但对于支流信号却不适用。一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案,如ADI的AD202,能够提供从直流到几K的频率内提供0.025%的线性度,但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换,对产生的交流信号进行变压器隔离,然后进行频率-电压转换得到隔离效果。集成的隔离放大器内部电路复杂,体积大,成本高,不适合大规模应用。 模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别,只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变,增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。这样,虽然两个光接受电路都是非线性的,但两个光接受电路的非线性特性都是一样的,这样,就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性,从而达到实现线性隔离的目的。 市场上的线性光耦有几中可选择的芯片,如Agilent公司的HCNR200/201,TI子公司TOAS的TIL300,CLARE的LOC111等。这里以HCNR200/201为例介绍 2. 芯片介绍与原理说明 HCNR200/201的内部框图如下所示 |
其中1、2引作为隔离信号的输入,3、4引脚用于反馈,5、6引脚用于输出。1、2引脚之间的电流记作IF,3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作IPD1和IPD2。输入信号经过电压-电流转化,电压的变化体现在电流IF上,IPD1和IPD2基本与IF成线性关系,线性系数分别记为K1和K2,即
K1与K2一般很小（HCNR200是0.50%）,并且随温度变化较大（HCNR200的变化范围在0.25%到0.75%之间）,但芯片的设计使得K1和K2相等。在后面可以看到,在合理的外围电路设计中,真正影响输出/输入比值的是二者的比值K3,线性光耦正利用这种特性才能达到满意的线性度的。
HCNR200和HCNR201的内部结构完全相同,差别在于一些指标上。相对于HCNR200,HCNR201提供更高的线性度。
采用HCNR200/201进行隔离的一些指标如下所示：
* 线性度：HCNR200：0.25%,HCNR201：0.05%;
* 线性系数K3：HCNR200：15%,HCNR201：5%;
* 温度系数： -65ppm/oC;
* 隔离电压：1414V;
* 信号带宽：直流到大于1MHz。
从上面可以看出,和普通光耦一样,线性光耦真正隔离的是电流,要想真正隔离电压,需要在输出和输出处增加运算放大器等辅助电路。下面对HCNR200/201的典型电路进行分析,对电路中如何实现反馈以及电流-电压、电压-电流转换进行推导与说明。
3. 典型电路分析
Agilent公司的HCNR200/201的手册上给出了多种实用电路,其中较为典型的一种如下图所示：
输入端电压为Vin,输出端电压为Vout,光耦保证的两个电流传递系数分别为K1、K2,显然,,和之间的关系取决于和之间的关系。将前级运放的电路提出来看,如下图所示：
设运放负端的电压为,运放输出端的电压为,在运放不饱和的情况下二者满足下面的关系：Vo=Voo-GVi(1)
其中是在运放输入差模为0时的输出电压,G为运放的增益,一般比较大。
忽略运放负端的输入电流,可以认为通过R1的电流为IP1,根据R1的欧姆定律得：
通过R3两端的电流为IF,根据欧姆定律得：
其中,为光耦2脚的电压,考虑到LED导通时的电压（）基本不变,这里的作为常数对待。
根据光耦的特性,即
K1=IP1/IF (4)
将和的表达式代入上式,可得：
上式经变形可得到：
将的表达式代入（3）式可得：
考虑到G特别大,则可以做以下近似：
这样,输出与输入电压的关系如下：
可见,在上述电路中,输出和输入成正比,并且比例系数只由K3和R1、R2确定。一般选R1=R2,达到只隔离不放大的目的。
4. 辅助电路与参数确定
上面的推导都是假定所有电路都是工作在线性范围内的,要想做到这一点需要对运放进行合理选型,并且确定电阻的阻值。
4.1 运放选型
运放可以是单电源供电或正负电源供电,上面给出的是单电源供电的例子。为了能使输入范围能够从0到VCC,需要运放能够满摆幅工作,另外,运放的工作速度、压摆率不会影响整个电路的性能。TI公司的LMV321单运放电路能够满足以上要求,可以作为HCNR200/201的外围电路。
4.2 阻值确定
电阻的选型需要考虑运放的线性范围和线性光耦的最大工作电流IFmax。K1已知的情况下,IFmax又确定了IPD1的最大值IPD1max,这样,由于Vo的范围最小可以为0,这样,由于
考虑到IFmax大有利于能量的传输,这样,一般取
另外,由于工作在深度负反馈状态的运放满足虚短特性,因此,考虑IPD1的限制,
这样,
R2的确定可以根据所需要的放大倍数确定,例如如果不需要方法,只需将R2=R1即可。
另外由于光耦会产生一些高频的噪声,通常在R2处并联电容,构成低通滤波器,具体电容的值由输入频率以及噪声频率确定。
4.3 参数确定实例
假设确定Vcc=5V,输入在0-4V之间,输出等于输入,采用LMV321运放芯片以及上面电路,下面给出参数确定的过程。
* 确定IFmax：HCNR200/201的手册上推荐器件工作的25mA左右;
* 确定R3：R3=5V/25mA=200;
* 确定R1：;
* 确定R2：R2=R1=32K。
5. 总结
本文给出了线性光耦的简单介绍以及电路设计、参数选择等使用中的注意事项与参考设计,并对电路的设计方法给出相应的推导与解释,供广大电子工程师参考。
