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光耦外围电路如何配置

发布时间: 2022-08-08 01:15:48

1. 电路设计时光耦选型需要考虑哪些参数

需要考虑的参数太多了,根据重要性主要有如下几个。
1、首先是延迟时间,这个参数影响传输度。
2、其次是传输比,这个参数影响传递效率
3、再次就是输出阻抗,这个参数影响驱动能力
4、还要考虑的参数有隔离电压、上升时间和下降时间、击穿电压、驱动极性等等。

2. 光耦隔离电路的问题

图2在输出高电平时,电流大,带负载能力强。缺点是如果后面的电路对地短路了,就烧掉光耦了。
图1输出高电平时串了一个电阻,使电流很小,如果后面的电路输入阻抗低,就会造成电压降低,甚至工作不稳定,但光耦是安全的,不会被烧掉。

因此,图2抗干扰能力强,但不够安全。图1电路不容易坏,但带负载能力差。

3. 光耦驱动电路

最好用左边一种,它能兼容CMOS和TTL逻辑,右边一种只能用于CMOS逻辑,用于TTL时下拉电流可能不够,导致低电平电压比较高。
左边一种如果逻辑极性不对,不要改用右边的电路,可以改输入端,让输入通过电阻和光耦对地。
另外,24V逻辑转5V逻辑其实不需要光耦,一个二极管和一个对5V电源的上拉电阻就够了,如果是接内置上拉的单片机等芯片,只需要一个二极管。当然也可以只用一个限流电阻,单片机内部的ESD保护二极管可以将输入电压钳制在0至5V之间。

4. 用光耦做一个电源的开关,控制3V2A的电源通断,怎样设计呢

认真地看了一下常用的光耦pc817的资料,发现它资料上面能通过的电流是50MA,还有4N35等类似的元件,都是差不多的。其实我到现在还没有发现能通过2A电流的光耦,我在电子厂工作了10年了,所以我认为直接用光耦根本就是不可能的。

简单的方法应该是输出的脉冲信号驱动光耦光电二极管,光耦的输出端接如图电路,如果长时间工作要注意散热,灵敏度要求高或电流不足需要达林顿管,脉冲的频率不可以太高的。这个电路我做过实验,绝不是想当然

5. 高速光耦资料

单相逆变器智能功率模块应用电路设计

1 引言
智能功率模块(Intelligent Power Mole,IPM)以开关速度快、损耗小、功耗低、有多种保护功能、抗干扰能力强、无须采取防静电措施、体积小等优点在电力电子领域得到越来越广泛的应用。以PM200DSA060型IPM为例,介绍IPM应用电路设计和在单相逆变器中的应用。

2 IPM的结构

IPM由高速、低功率IGBT、优选的门级驱动器及保护电路构成。其中,IGBT是GTR和MOSFET的复合,由MOSFET驱动GTR,因而IPM具有GTR高电流密度、低饱和电压、高耐压、MOSFET高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。

根据内部功率电路配置情况。IPM有多种类型,如PM200DSA060型IPM为D型(内部集成2个IGBT),其内部功能框图如图1所示,内部结构如图2所示。内有驱动和保护电路,保护功能有控制电源欠压锁定保护、过热保护、过流保护和短路保护,当其中任一种保护功能动作时,IPM将输出故障信号FO。

IPM内部电路不含防止干扰的信号隔离电路、自保护功能和浪涌吸收电路,为了保证IPM安全可靠,需要自己设计部分外围电路。

3 IPM的外部驱动电路设计

IPM的外部驱动电路是IPM内部电路和控制电路之间的接口,良好的外部驱动电路对以IPM构成的系统的运行效率、可靠性和安全性都有重要意义。

由IPM内部结构图可见,器件本身含有驱动电路。所以只要提供满足驱动功率要求的PWM信号、驱动电路电源和防止干扰的电气隔离装置即可。但是,IPM对驱动电路输出电压的要求很严格:驱动电压范围为13.5V~16.5V,电压低于13.5V将发生欠压保护,电压高于16.5V可能损坏内部部件;驱动信号频率为5Hz~20kHz,且需采用电气隔离装置,防止干扰:驱动电源绝缘电压至少是IPM极间反向耐压值的2倍(2Vces);驱动电流达19mA-26mA;驱动电路输出端的滤波电容不能太大,这是因为当寄生电容超过100pF时,噪声干扰将可能误触发内部驱动电路。

图3所示是一种典型的高可靠性IPM外部驱动电路方案。来自控制电路的PWM信号经R1限
流,再经高速光耦隔离并放大后接IPM内部驱动电路并控制开关管工作,FO信号也经过光耦隔离输出。其中每个开关管的控制电源端采用独立隔离的稳压15V电源,且接1只10μF的退耦电容器(图中未画出)以滤去共模噪声。R1根据控制电路的输出电流选取,如用DSP产生PWM,则R1的阻值可为330Ω。R2根据IPM驱动电流选值,一方面应尽可能小以避免高阻抗IPM拾取噪声,另一方面又要足够可靠地控制IPM,可在2kΩ~6.8kΩ内选取。C1为2端与地间的0.1μF滤波电容器,PWM隔离光耦的要求是tPLH<0.8μF,tPHL<0.8μF,CMR>10kV/μs,可选用HCPL4503型、HCPL4504型、PS2041型(NEC)等高速光耦,且在光耦输入端接1只0.1μF的退耦电容器(图中未画出)。FO输出光耦可用低速光耦(如PC817)。IPM的内部引脚功能如表1所示。

图3的外部接口电路直接固定在PCB上且靠近模块输入脚,以减少噪声和干扰,PCB上布线的距离应适当,避免开关时干扰引起的电位变化。

另外,考虑到强电可能造成外部驱动电路到IPM引线的干扰,可以在引脚1~4间,3~4间,4—5间根据干扰大小加滤波电容器。

4 IPM的保护电路设计

由于IPM本身提供的保护电路不具备自保护功能。所以要通过外围硬件或软件的辅助电路将内部提供的FO信号转换为封锁IPM的控制信号,关断IPM,实现保护。

4.1 硬件

IPM有故障时,FO输出低电平,通过高速光耦到达硬件电路。关断PWM输出,从而达到保护IPM的目的。具体硬件连接方式如下:在PWM接口电路前置带控制端的3态收发器(如74HC245),PWM信号经过3态收发器后送至IPM接口电路,IPM的故障输出信号FO经光耦隔离输出送入与非门,再送到3态收发器使能端OE。IPM正常工作时,与非门输出为低电平,3态收发器选通;IPM有故障时,与非门输出为高电平,3态收发器所有输出置为高阻态,封锁各个IPM的控制信号,关断IPM,实现保护。

4.2 软件

IPM有故障时,FO输出低电平,FO信号通过高速光耦送到控制器进行处理,处理器确认后,利用中断或软件关断IPM的PWM控制信号,从而达到保护目的。如在基于DSP控制的系统中,利用事件管理器中功率驱动保护引脚(PDPINT)中断实现对IPM的保护。通常1个事件管理器产生的多路PWM可控制多个IPM工作,其中每个开关管均可输出FO信号。每个开关管的FO信号通过与门,当任一开关管有故障时输出低电平,与门输出低电平,将该引脚连至PDPINT,由于PDPINT为低电平时DSP中断,所有的事件管理器输出引脚均被硬件设置为高阻态,从而达到保护目的。

以上2种方案均利用IPM故障输出信号封锁IPM的控制信号通道。因而弥补了IPM自身保护的不足,有效地保护了器件。

5 IPM的缓冲电路设计

在IPM应用中,由于高频开关过程和功率回路寄生电感等叠加产生的di/dt、dv/dt和瞬时功耗会对器件产生较大的冲击,易损坏器件。因此需设置缓冲电路(即吸收电路),目的是改变器件的开关轨迹,控制各种瞬态过压,降低器件开关损耗,保护器件安全运行。

图4为常用的3种IPM缓冲电路。图4(a)为单只无感电容器构成的缓冲电路。对瞬变电压有效且成本低,适用于小功率IPM。图4(b)为RCD构成的缓冲电路,适用于较大功率IPM,缓冲二极管D可箝住瞬变电压。从而抑制由于母线寄生电感可能引起的寄生振荡。其RC时间常数应设计为开关周期的l/3,即τ=T/3=1/3f。图4(c)为P型RCD和N型RCD构成的缓冲电路。适用于大功率IPM。功能类似于图4(b)所示的缓冲电路,其回路电感更小。若同时配合使用图4(a)所示的缓冲电路,还能减小缓冲二极管的应力,缓冲效果更好。

在图4(c)中,当IGBT关断时,负载电流经缓冲二极管向缓冲电容器充电,同时集电极电流逐渐减少,由于电容器二端的电压不能突变,所以有效地限制了IGBT集电极电压上升率dv/dt。也避免了集电极电压和集电极电流同时达到最大值。IGBT集电极母线电感、电路及其元件内部的杂散电感在IGBT开通时储存的能量,这时储存在缓冲电容器中。当IGBT开通时。集电极母线电感以及其他杂散电感又有效地限制了IGBT集电极电流上升率di/dt。同样也避免了集电极电压和集电极电流同时达到最大值。此时,缓冲电容器通过外接电阻器和IGBT开关放电,其储存的开关能量也随之在外接电阻器和电路、元件内部的电阻器上耗散。如此。便将IGBT运行时产生的开关损耗转移到缓冲电路,最后在相关电阻器上以热的形式耗散,从而保护IGBT安全运行。

图4(c)中的电阻值和电容值按经验数据选取:如PM200DSA060的电容值为0.22μF一0.47μF,耐压值是IGBT的1.1倍~1.5倍,电阻值为10Ω~20Ω,电阻功率按P=fCU2*10-6计算,其中f为IGBT工作频率,U为IGBT的工作峰值电压,C为缓冲电路与电阻器串联电容。二极管选用快恢复二极管。为了保证缓冲电路的可靠性。可以根据功率大小选择封装好的图4所示的缓冲电路。

另外,由于母线电感、缓冲电路及其元件内部的杂散电感对IPM尤其是大功率IPM有极大的影响,因此愈小愈好。要减小这些电感需从多方面入手:直流母线要尽量地短;缓冲电路要尽可能地靠近模块;选用低电感的聚丙烯无极电容器、与IPM相匹配的快速缓冲二极管及无感泄放电阻器。

6 IPM在单相全桥逆变器中的应用

图5所示的单相全桥逆变电路主要由逆变电路和控制电路组成。逆变电路包括逆变全桥和滤波电路,其中逆变全桥完成直流到交流的变换,滤波电路滤除谐波成分以获得需要的交流电:控制电路完成对逆变桥中开关管的控制并实现部分保护功能。

图中的逆变全桥由4个开关管和4个续流二极管组成,工作时开关管在高频条件下通断。开关瞬间开关管电压和电流变大,损耗大,结温升高,加上功率回路寄生电感、振荡及噪声等,极易导致开关管瞬间损坏,以往常用分立元件设计开关管的保护电路和驱动电路,导致电路庞大且不可靠。

笔者采用一对PM200DSA060双单元IPM模块分别代替图中V1、D1、V2、D2组合和V3、D3、V4、D4组合构成全桥逆变电路,利用DSP对IPM的控制,完成了中频率20kW、230V逆变器的设计和调试,采用了如上所述的驱动电路、图4(c)中的缓冲电路和基于DSP控制的软件IPM保护电路。设计实践表明:使用IPM可简化系统硬件电路、缩短系统开发时间、提高可靠性、缩小体积,提高保护能力。

6. 关于光耦电路的原理

光耦电路即光电耦合器一般由三部分组成,光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED),使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。

在光耦电路设计中,有两个参数需要格外注意,一个是反向电压Vr,是指原边发光二极管所能承受的最大反向电压,超过此反向电压,可能会损坏LED。而一般光耦中,这个参数只有5V左右,在存在反压或振荡的条件下使用时,要特别注意不要超过反向电压。

另外一个参数是光耦的电流传输比是指在直流工作条件下,光耦的输出电流与输入电流之间的比值。光耦的CTR类似于三极管的电流放大倍数,是光耦的一个极为重要的参数,它取决于光耦的输入电流和输出电流值及电耦的电源电压值,

这几个参数共同决定了光耦工作在放大状态还是开关状态,其计算方法与三极管工作状态计算方法类似。若输入电流、输出电流、电流传输比设计搭配不合理,可能导致电路不能工作在预想的工作状态。

光耦电路中C-E饱和电压Vce(sat),即光敏三极管的集电极-发射极饱和压降。正向工作电压Vf(ForwardVoltage),Vf是指在给定的工作电流下,LED本身的压降。常见的小功率LED通常以If=10mA来测试正向工作电压,当然不同的LED,测试条件和测试结果也会不一样。

(6)光耦外围电路如何配置扩展阅读;

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。

7. 关于光耦的一些问题

如图:R要根据你所接电压和电机M的工作电流来调整!单片机输出电压为5V所以R1一般用1/8W 500欧左右。(最好在M电机两端并一个二极管以保护电机停转时的反向电流将光耦击穿。

8. 用光耦PC817 如何设计12脚加直流5V电源,需要串个多大的电阻,34脚要输出直流5V电压,如何设计电路。

楼上那位你好像在胡说八道啊!!你是老师的话,就是误人子弟啊。PC817的发光二极管是1.1V左右的。如果5V驱动,只串几欧姆的电阻,这个光耦马上烧掉发光管。还说老师呢。。。无言

PC817用5mA驱动,在电源到光耦1脚串入470~1K的电阻都可以。
34脚这边,最大驱动能力50mA.如果够得话,直接集电极接5V,发射极接输出。用在单片机等可以。
如果要带比较重的负载。请加功率管放大,可以加个MOS管,用SI4410就很好,电流达到3A都没问题。。 。