闲谈光耦的CTR及推迟

　　笔者最新作的一个项目，里边有一个电机高温维护的要求，原理如下：在PTC0和COM0之间接入PTC热敏电阻，正常运用时，PTC的阻值＜1K，一旦电机呈现短路、堵转时，电机温度急速上升，PTC也会急速上升，PTC阻值也上升，一旦PTC阻值＞3K，光耦导通，将毛病信号传送给CPU。在产品做牢靠性实验时，在70℃温箱时，该电路常常误报。

　　上述的问题和光耦的CTR规划余量有关，咱们今日学习一下光耦的两个重要参数：CTR和推迟。

　　以一个简略的图（图.1）说明光耦的作业：原边输入信号 Vin，施加到原边的发光二极管和 Ri 上发生光耦的输入电流 If，If 驱动发光二极管，使得副边的光敏三极管导通，回路VCC、RL 发生 Ic,Ic 经过 R L 发生 Vout，到达传递信号的意图。原边副边直接的驱动相关是CTR（电流传输比），要满意 Ic≤If*CTR。所以，光耦最重要的参数便是CTR，CTR能够理解为增益、扩大倍数等。

　　上述提到了线性和逻辑光耦两种分类，其实光耦的分类还有很多种，以下是作者核算的常用的光耦的分类。其实，关于绝大多数的电子职业从业者，用得最多的两种分类便是线性和逻辑两种分类，而逻辑光耦是用得最多的一种类型，本文的剖析也大多散布在在逻辑光耦上。

　　咱们以最简略的TCM1100光耦为例，介绍光耦的CTR的核算进程，如下图4，图中，R1的效果是限流，R1的巨细决议了If的巨细；R2的效果首要是分流，一起可进步体系的抗搅扰的才能。C1、C3的效果首要是滤波，进步抗搅扰才能；R3的最大的效果便是限流，R3决议了最大的Ic电流。

　　咱们先光耦的中心参数，如图5，图中的意思说，TCM1100这个光耦在IF=5mA,VCE=5V，25℃时分，光耦的CTR是确认的，确认的值是50%~600%。也便是扩大倍数在0.5~6倍。（这是多么不靠谱的数字，跨过如此之大。），咱们核算的时分，只能依照最低的50%运用。再看VF，代表的是光耦导通的时分，原边的压降典型值为1.25V，副边的三极管导通压降是0.3V。这几个参数咱们预算CTR的时分需求用到。

　　第一个限制条件：副边所需电流：IC。假定光耦的副边是衔接GPIO，所需的驱动电流忽略不计，图4中的R3首要当做上拉电阻运用，就依照惯例的5.1K挑选。Ic=（VCC-Vce）/R3=（3.3V-0.2V）/5.1K=0.607mA;依据光耦牢靠导通的需求：Ic≤If*CTR，所以0.607mA≤If*50%；能够推算出第一个限制条件：If≥1.21mA。

　　第二个限制条件：CTR的线mA这个条件，咱们再看图7，表明的是不同的Ic和IF时的联系曲线，鄙人图中，咱们首要操控If要在线性度非常好的区间，在该线性区间内，CTR才是一个相对来说比较稳定的值，所以咱们咱们能够推出第二个限制条件：1mA＜If＜8mA。

　　第三个限制条件：温度。因咱们的产品需求作业为最高70度，依据下图，咱们预算，咱们的CTR大约需求降额系数为0.7。所以，依据Ic≤If*CTR，得出第三个限制条件：IF≥IC/（0.7*CTRmin）=0.607/（0.7*50%）=1.734mA

　　第四个限制条件：当时IF的最小CTR。由于上述的最小CTR=50%是在5mA的情况下得到的，实践时咱们的If没有作业在5mA，所以就需求下面这张图，依据下图8，咱们的CTR是If=5mA时的0.8倍。所以得出第四个限制条件：IF≥IC/（0.7*0.8*CTRmin）=0.607/（0.7*0.8*50%）=2.16mA。

　　第五个限制条件：寿数。光耦中心便是发光二极管，其是有寿数的，一般来说，IF越大，亮度越高，温度越高，寿数越短。寿数一般界说为CTR下降到初始值的50%。 所以，从寿数的视点看，If越小越好。

　　R2的最大的效果是分流，进步输入的抗搅扰性，由于光耦是电流驱动型，电阻的响应速度很快，一些小搅扰能够直接经过电阻R2构成回路流走，光耦不会动作。R2越小，分流就越多，抗搅扰才能就越强，可是电阻的封装就需求越大。依据经验值，R2一般为500R~3K。咱们暂时选用R2=510R。因Vf典型值为1.25V，电流Ir2=1.25/510R=2.45mA,功率=I²*R2=3mW，选用510R/R0603封装即可。

　　上述CTR 影响到信号能不能传过去的问题，类似于直流特性。下面首要剖析光耦的延时特性，即光耦能传送多快信号。涉及到两个参数：光耦导通延时tplh 和光耦关断延时tphl，以TCMT11为例：在If =2mA 时分，关断延时最大6uS，导通延时最大5uS。总的推迟=6+5=11uS，所以，改光耦不能用于大于90KHZ的开关信号。

　　上述自怨自艾常温，If =2mA 时的推迟，如下图，产品在75℃作业时，总的推迟时刻约为常温的1.6倍，所以总的延时时刻为：11*1.6=17.6us。

　　IF电流对推迟的影响如下图，咱们作业的电流在2mA左右，所以无影响，假如核算的IF＞6mA，则需求依照下图进行降额。

　　IC电流对推迟的影响如下图，咱们IC电流设置为0.6mA左右，所以依照最大推迟核算。

　　综上所述，考虑到温度、IF、IC等对推迟的影响，而且加上器材的降额30%。总的延时为11us*（1.6+0.3）=18.7us，换算成频率为＜53KHZ。

　　文首中的光耦规划，光耦的IF设置为1.02mA，光耦的参数为50%~600%，实测光耦的CTR为40%左右，余量缺乏，在高温下，CTR变小，导致电路误报。将串联电阻修改为510R，并联电阻修改为1K，CTR设置为20%左右，问题解决。

　　3) 依据规格书给出的曲线图，归纳温度、寿数、线性度等要素，对CTR进行降额；

　　5) 依据Ton/Toff 开始核算最高作业频率，再归纳温度、IF、IC进行降额。