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光耦隔離電路的CTR參數設計

電路之光 ? 來源:電路之光 ? 作者:電路之光 ? 2022-04-30 11:16 ? 次閱讀

提到隔離電路,我們想到的第一個元器件光耦莫屬了。而光耦最常見的應用就是信號隔離,因為它的輸入側和輸出側沒有電氣連接,它的輸入端是一個光源,通常是一個LED,而次級端是一個光電晶體管。光電晶體管其實也是晶體管,但沒有基極電流這將使分析變得簡單直接。我們一般使用光耦隔離電路用作電源反饋,比如AC-DC電路的輸出反饋,或者用作隔離的邏輯輸出控制。

poYBAGJslk2ACJEvAABTYWd-toA628.png

對于光耦而言,它最重要的參數就是CTR,中文名字叫電流傳輸比。如何理解CTR呢?其實可以把它和晶體管中的電流增益系數β相類比:

CTR=Ic/If

其中其中 Ic 和 If 分別是輸出集電極和控制極正向電流。但是我們不能簡單拿這個公式就去對光耦進行選型計算,原因是當光耦電路處于飽和狀態時,我們用這個公式計算得到的集電極電流不再準確。在飽和狀態時,集電極電流僅受集電極串聯的電阻的限制。為了使光耦電路飽和工作,電路實際工作的CTR必須小于器件CTR。所謂電路CTR是集電極與控制極正向電流之比,器件 CTR 是規格書中定義的電流傳輸比。當光耦工作在線性放大區時,這兩者是相等的。

poYBAGJslseAaRQDAACS7JbIR0A291.png

知道了CTR的原理,所以當我們讓光耦工作在飽和區時,我們就需要重點關注CTR,其關系可以表達如下:

CTR_circuit<>

轉化出對用的電流參數可以得到新的關系式:

Ic/If<>

根據上式,當集電極電流增加時,電路CTR會增加。事實上,在開關電路設計中,集電極電流大多較高,因為光耦是工作在飽和狀態的。如果你所選型號光耦的CTR不夠高,那光耦可能無法穩定工作在飽和狀態下。所以在設計電路時需要確保電路CTR比器件CTR(線性CTR)小。

另外需要注意的是光耦的CTR會隨著溫度升高和以及壽命老化而降低。假設器件在標稱環境溫度(一般是25℃)下的 CTR 為100%,考慮到溫度和老化(壽命降額)的影響,設計時可能要按照60%來計算,這一點我們千萬不能忽略掉。

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