1 引言 光耦CTR裕量设计是一个重要但容易被忽略的环节,并且在一些复杂光耦电路中,对光耦CTR的计算往往会不准确。在某产品线的开发设计过程中,光耦的CTR裕量问题至始至终伴随着产品成长,从刚开始接触CTR裕量到慢慢的深入计算,历经坎坷,总结一些经验,在此共享给大家。光耦CTR裕量涉及到三个方面: 1)实际电路的CTR最大值; 2)光耦工作条件下的CTR范围; 3)裕量是否合适。 2 实际电路CTR计算 准确的计算出Ic(max)和If(min):CTRmax = Ic(max)/If(min)p,以实际电路说明: file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg 电路说明:X0和COM之间输入18~26V时光耦导通,光耦前端有二极管整流(双极性输入),光耦使用PS8701,副边3.3V电源,并且经过施密特驱动。环境温度-5~55℃。 1) 计算Ifmin 需要计算光耦原边压降Vfmax,Vf值与If有关,需要先估算If大小。 If ~= (18V – 1.1V ×2 – 1.7V) / 3.3K – 1.7V / 1K = 2.57mA 注:式中1.1V为二极管管压降。 根据8701器件资料: file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg 在16mA Ta=25℃条件下,Vf最大值为2.2V file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg 图中为一个抽样样品If-Vf关系曲线,在Ta=25℃,If=16mA时,对应Vf(16mA) = 1.75V,Vf(2.5mA) = 1.62V。结合上表16mA/25℃时,Vfmax =2.2V,比例计算出: 在2.5mA/25℃条件下,Vfmax= Vf(2.5mA)/Vf(16mA) × 2.2V = 2.04V 实际Ifmin = (18V – 1.1V ×2 – 2.04V) / 3.3K – 2.04V / 1K = 2.13mA 2) 计算Icmax 因为后续施密特驱动电路的Vi低电平门限是0.8V,所以: Icmax = (3.3V – 0.8V ) / 6.8K = 0.35mA (注:在此电路中应称为能满足后续电路要求的最小Ic,为固定值。一些光耦干节点输出时,Ic由负载决定,就应该综合计算最大的Icmax)。 3) 在Ta = 25℃下 CTRmax = Icmax / Ifmin = 16.5% 3 光耦CTR范围 8701的ELECTRICAL CHARACTERISTICS参数中,在Ta=25℃/If=16mA时,最小15% file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.jpg CTR范围与If大小,Ta都有关系。 1) 受If影响 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.jpg 此图并非光耦的CTR上限、下限和典型值曲线,而是三个抽样器件的CTR-If关系曲线,实际If处的最小CTR值应根据该If与16mA在图中对应CTR的比例,结合16mA的最小CTR值来计算。 图中,有三个光耦的CTR-If关系曲线,最底下一条较接近上表中的参数,所以选取下面一条曲线进行计算(其他两条曲线趋向基本相同)。 用最下面一条曲线:CTR(16mA) = 15.1%,CTR(2.13mA)=22%。那么Ta=25℃,If=2.13mA下,器件可能的最小CTR(ELECTRICALCHARACTERISTICS参数15%进行比例计算): CTRmin = CTR(2.13mA) / CTR(16mA) × 15% =21.85 % 2) 受温度影响 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.jpg 如图所示,光耦工作在-5~55℃,应该加上0.9倍的校准系数。 CTRmin= 21.85 %×0.9 = 19.7% 所以,在-5~55℃工作温度范围,If = 2.5mA条件下PS8701的CTR最小值为19.7%。 此节未考虑光耦CTR随时间的而减小的影响,有些器件资料中会给出曲线,可以放到裕量设计中。 4 CTR裕量 根据实际设计计算的最大CTR,还有器件可能的最小CTR来分析: 16.5%/ 19.7% = 83% 考虑到光耦外围电路受温度、时间,以及光耦CTR本身受时间的影响,一般裕量保证大于30%。 如果光耦CTR设计没有裕量,那么肯定不合格。有时候为了达到其他一些方面的性能,会牺牲掉一部分裕量。如上例中光耦CTR裕量只有17%,但考虑到高速性能,很难达到高速和CTR裕量两个都满足。 5 总结 1)CTR设计要有裕量; 2)设计If、Ic时,应充分考虑前后电路特性; 3)器件的CTR范围应根据实际的应用条件来估算出来; 上例中电路具有代表性,如果在实际中有更复杂的光耦电路,更应该谨慎计算分析。
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