光耦最重要的参数CTR

光电耦合器简称光耦,它相当于带隔离功能的三极管,其原理也可以参考三极管特性。主要用来实现输入和输出的隔离和电平转换等。
首先来认识一下光耦,如下图:

原边输入信号 VIN,加到原边的发光二极管和 R1上产生光耦的输入电流 iF,iF驱动发光二极管,使副边的光敏三极管导通,回路VCC、R2产生 iC,iC经过 R2产生 Vout,达到传递信号的目的。原边副边直接的驱动关联是CTR(电流传输比),要满足 Ic≤If*CTR。所以,光耦最重要的参数就是CTR,CTR可以理解为增益、放大倍数等。

用公式表示:CTR= iC/iF*100%
光耦分为两种:
一种为非线性光耦,CTR-IF特性曲线呈非线性,在IF较小时的非线性失真尤为严重,因此它不适合传输模拟信号,适合于开关信号的传输。
另一种为线性光耦。CTR-IF特性曲线具有良好的线性度,特别是在传输小信号时,其交流电流传输比(ΔCTR=ΔIC/ΔIF)很接近于直流电流传输比CTR值。因此,它适合传输模拟电压或电流信号,能使输出与输入之间呈线性关系。
开关电源反馈回路中常用的光耦是线性光耦。如果使用非线性光耦,有可能使振荡波形变坏。
在计算光耦参数的过程中,需要注意查看规则书:
以PC817为例
①查看VF、Vce、CTR的值
VF代表的是光耦导通的时候,原边的压降典型值为1.2V;
副边Vce的三极管导通压降是0.2V;
25℃时,光耦的CTR是确定的,IF=5mA,Vce=5V时,确定的值是50%~600%。也就是放大倍数在0.5~6倍。我们计算的时候,只能按照最低的50%使用。
②初步选定原边电流IF
假设光耦的副边是连接GPIO,所需的驱动电流忽略不计,图1中的R2主要当做上拉电阻使用,就按照常规的5.1K选择。IC=(VCC-Vce)/R2=(3.3V-0.2V)/5.1K=0.607mA;根据光耦可靠导通的需求:Ic≤If*CTR,所以0.607mA≤If*50%;可以推算出If≥1.21mA。
③CTR与温度的关系曲线图
假设产品工作温度为最高70度,根据上图,估算CTR大概需要降额系数为0.8。所以,根据Ic≤IF*CTR,得IF≥IC/(0.8*CTRmin)=0.607/(0.8*50%)=1.518mA
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