光耦合器輸入驅(qū)動(dòng)電路的LED電流分流技術(shù)

本文檔重點(diǎn)介紹光耦合器，包括其基本原理，操作和常見(jiàn)應(yīng)用。為了最大程度地提高設(shè)備效率，建議使用一些技術(shù)。還討論了將LED用作輸入的情況以及用于所述拓?fù)涞南鄳?yīng)處理技術(shù)。

簡(jiǎn)介

光耦合器是光源和光敏檢測(cè)器的組合。在光耦合器或光子耦合對(duì)中，耦合是通過(guò)在透明絕緣間隙的一側(cè)生成光，并在間隙的另一側(cè)檢測(cè)到光而實(shí)現(xiàn)的，而兩側(cè)之間沒(méi)有電連接（少量的光耦合器除外）耦合電容）。在飛兆半導(dǎo)體的光耦合器中，光是由紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生的，光電檢測(cè)器是硅二極管，用于驅(qū)動(dòng)放大器（例如晶體管）。硅材料的靈敏度在LED發(fā)射的波長(zhǎng)處達(dá)到峰值，從而實(shí)現(xiàn)最大的信號(hào)耦合。

如果光耦合器的輸入是LED，則輸入特性將相同，而與所采用的檢測(cè)器類型無(wú)關(guān)。LED二極管的特性如圖1所示。正向偏置電流閾值顯示為約1伏，電流呈指數(shù)增長(zhǎng)，在1.2至1.3的VF時(shí)，IF的可用范圍在1 mA至100 mA之間。伏特正向偏置阻抗的動(dòng)態(tài)值取決于電流，并在插入圖上顯示了RDF和?R，如圖中所定義。在雪崩擊穿之前，反向泄漏在納安范圍內(nèi)。

LED等效電路以及組件的典型值如圖2所示。如果需要用于計(jì)算機(jī)建模，則提供二極管方程式，并為IR LED給出方程式的常數(shù)。請(qǐng)注意，結(jié)電容很大，并且會(huì)隨著施加的正向電壓而增加。該電容隨施加電壓的變化的實(shí)際曲線如圖3所示。正是由驅(qū)動(dòng)器阻抗控制的大電容影響了LED的脈沖響應(yīng)。在結(jié)電流產(chǎn)生光之前，必須對(duì)電容充電。在快速脈沖條件下，這種效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致外加電流與光發(fā)射之間固有的10-20納秒或更長(zhǎng)時(shí)間的延遲。

LED用于正向偏置模式。由于電流在閾值以上迅速增加，因此應(yīng)始終以電流模式驅(qū)動(dòng)設(shè)備，而不是電壓驅(qū)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)電流驅(qū)動(dòng)的最簡(jiǎn)單方法是提供一個(gè)串聯(lián)限流電阻，如圖4所示，這樣，VAPP和VF之間的差異
將在所需的IF處通過(guò)電阻降低，這是由其他標(biāo)準(zhǔn)確定的。

所示的硅二極管與LED反向平行安裝。該二極管用于保護(hù)LED的反向擊穿，并且是實(shí)現(xiàn)這種保護(hù)的最簡(jiǎn)單方法。必須保護(hù)LED免受反向雪崩區(qū)域的過(guò)大功率消耗。少量的反向電流不會(huì)損壞LED，但必須防止意外的電流浪涌。

LED的正向電壓具有1.05 mV /°C的負(fù)溫度系數(shù)，其變化如圖5所示。

交流電源監(jiān)控
在某些情況下，可能有必要從120 VRMS，60 Hz或400 Hz的電源驅(qū)動(dòng)LED。由于LED的響應(yīng)時(shí)間為十億分之一秒，因此它將忠實(shí)地遵循AC偏移，在輸入的每個(gè)零交叉處打開(kāi)和關(guān)閉。如果希望從光耦合器檢測(cè)器獲得恒定輸出，如交流至邏輯耦合，則必須對(duì)LED的輸入進(jìn)行整流和濾波。的電路

圖6說(shuō)明了一種簡(jiǎn)單的濾波方案，用于將DC電流傳遞到LED。在某些情況下，可以將濾波器設(shè)計(jì)到光耦合器的檢測(cè)器側(cè)，從而允許LED以線頻脈沖。在圖6的電路中，選擇C1的值可將IF的變化減小到檢測(cè)器部分可檢測(cè)到的電流以下的半個(gè)周期以下。這種情況通常意味著檢測(cè)器處于飽和狀態(tài)，因此不會(huì)感測(cè)到IF的微小變化。調(diào)整R1，R2和R3的值以優(yōu)化濾波功能，R3C1時(shí)間常數(shù)等。

邏輯至邏輯接口

在使用光耦合器的邏輯至邏輯耦合中，可以使用簡(jiǎn)單的晶體管驅(qū)動(dòng)電路，如圖7所示。在常關(guān)狀態(tài)下，僅當(dāng)晶體管處于飽和狀態(tài)時(shí)，LED才通電。給出了用于計(jì)算串聯(lián)限流電阻器值的設(shè)計(jì)方程式。晶體管關(guān)閉時(shí)，只有很小的集電極泄漏電流將流過(guò)LED。

如果可以在光耦合器檢測(cè)器中檢測(cè)到這種小泄漏，則可以通過(guò)添加一個(gè)與R1并聯(lián)的與LED并聯(lián)的電阻來(lái)繞過(guò)LED繞過(guò)泄漏。計(jì)算得出的R1值可能很大，以使泄漏電流發(fā)展到小于圖5的閾值VF（?0.8伏）。驅(qū)動(dòng)晶體管可以是TTL或DTL集成電路的正常輸出電流吸收器，它將吸收16％的電流。標(biāo)稱值為0.2 V的mA，飽和電流高達(dá)50 mA。

如果邏輯電路無(wú)法吸收必要的IF，則可以使用輔助驅(qū)動(dòng)晶體管來(lái)提高電流容量。圖8的電路顯示了如何將PNP晶體管作為發(fā)射極跟隨器或公共集電極連接以獲得電流增益。當(dāng)門(mén)（G1）的輸出為低電平時(shí)，Q1導(dǎo)通，電流流過(guò)LED。R1的計(jì)算現(xiàn)在必須包括基極-發(fā)射極的正向偏置電壓降VBE，如圖所示。

LED電流分流技術(shù)

在某些情況下，不希望所有輸入電流都流過(guò)LED。實(shí)現(xiàn)此目的的一種方法是提供一個(gè)如圖9所示的用于閾值調(diào)節(jié)的旁路電阻。在完全打開(kāi)和關(guān)閉輸入電流的情況下，這種方法是令人滿意的，但是如果電流的信息只是在恒定DC水平上的微小變化，則旁路電阻器還會(huì)繞過(guò)LED周?chē)拇蟛糠炙栊盘?hào)。

可以使用兩種方法以很少的衰減來(lái)檢索信號(hào)。如果信號(hào)具有快速變化（例如，電話線上的音頻信號(hào)），則可以通過(guò)反饋電路消除檢測(cè)器中的DC分量。如果變化緩慢，則可以使用動(dòng)態(tài)分流器代替固定電阻器。

如果將恒定電流設(shè)備或電路與LED并聯(lián)使用，如圖10所示，則DC的調(diào)整分量將流過(guò)動(dòng)態(tài)阻抗，并且任何電流變化都將導(dǎo)致端子電壓的變化。因此，總電流變化將流過(guò)并聯(lián)的LED電路。圖18的曲線圖顯示了此特定電路的性能，調(diào)整后以IL = 120mA為中心，電路節(jié)點(diǎn)電壓為3.4伏。在所示電路中，為方便起見(jiàn)，使用了CNY17-1和CNY17-4的檢測(cè)器部分。注意，在圖18中，大多數(shù)電流變化以IF的形式出現(xiàn)。分流器的直流電阻（RD）與動(dòng)態(tài)阻抗（Rd）之比為50，它表示通過(guò)固定電阻器實(shí)現(xiàn)的信號(hào)傳輸增益。

編輯：hfy