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產品案例

EL817光耦一般用于開關電路

發布日期:2024-11-28

EL817光耦一般用于開關電路

    EL817

光電耦合組件是以光作為媒介來傳輸信號的一種組件,主要功能是讓輸入及輸出電路之間,可以通過隔離的方式傳送電信號,光電耦合組件(英語:Optical coupler,或英語:Photocoupler),亦稱光耦合器、光隔離器以及光電隔離器,簡稱光耦。在兩個不共地的電路之間傳送信號,即使兩電路之間有高壓也不會互相影響,提高其抗干擾能力和可靠度及穩定性,可用于開關設備,或用在兩個需要隔離裝置之間的數據傳輸。

1. 光耦EL817電氣特性

    1.1 電流傳輸比(Current Transfer Ratio , CTR)

          電流傳輸比(CTR)的定義為輸出電流和輸入電流的比值Ic/If的百分比,主要用來評估負載電阻值的選用,量測方式如圖 1 所示。

 EL817傳輸比

   1.2 電壓準位   

           在數字邏輯中,可以用 0 或 1 來表示所有的訊號,????H和?????? 在提供接收端 1 和 0 的電壓值,??IH和??IL 則在限制接收端判斷 1 和 0 的下限和上限電壓值,如圖 2 所示。   

EL817準電位

   1.3 飽和電壓VCE(set)

  一般光耦的輸出級為 Photo transistor,作為開關應用時,必須設計在飽和或截止區工作,當進入飽和區后,??CE 兩端的電壓稱為飽和電壓(??CE(set) ),如圖 3 所示,在規格書中可以找到(??CE(set)) )測試參數

EL817 Vce飽和電壓

2.光耦EL817輸入端控制方式

    2.1 GPIO(General-purpose input/output)控制

    如圖4所示,以 GPIO 控制輸入端,GPIO 和 Vin 需為相同電壓才能關閉。計算公式如下。

??F = (?????? −??F )/ ??????;  ?????? = (?????? −??F )/ IF
EL817GPRO控制電路

   2.2 晶體管(BJT, bipolar junction transistor)驅動

   如圖5所示,以 GPIO 控制 NPN 晶體管開啟或關閉,晶體管為電流控制組件,因此需要串接 RB 電阻控制IB 電流,以確保晶體管在截止和飽和區工作,計算公式如下。
?? F = (?????? −??F −??CE )/?????? ; ?????? = (?????? −??F −??CE)/ IF

EL817 晶體管控制電路

    2.3 MOSFET(metal–oxide–semiconductor field-effect transistor)驅動

   如圖6所示,以 GPIO 控制 N-MOS 開啟或關閉,MOSFET 為電壓控制組件,一般會使用兩電阻分壓RG/(R1+RG)來控制 VGS 電壓,當 VGS>Vth 時,即可開啟 N-MOS,當達到(VDS>VGS-Vth)條件時,則會進入飽和區,以達到飽和開關功能,計算公式如下。

 ??F = (?????? −??F−??D?? ) /??????;  ?????? = (?????? −??F −??D?? )/IF

EL817 MOSFET控制電路

3.如何有效的設計EL817控制電路

   一般光耦選型時,其基本電性最重要的是 CTR,它影響著實際量產時可能會產生的誤差,圖 7 為 EL817 的分 bin 表,此 CTR 的 Min.和 Max.范圍是以 IF=5mA、VCE=5V 條件下測得,當實際電路所采用的條件不同時,其 CTR 范圍也會跟著變動,因此應先行評估在產品應用時的實際 CTR 范圍。

EL817參數

如圖8左圖所示,此 IF 電流設計大約 2mA,選擇 EL817C 作為隔離組件,其 CTR 范圍為200~400%,可利用圖8右圖的 CTR 曲線來評估 IF≒2mA 以及溫度上升至 80℃時,電路是否還正常工作。
EL817C 在 IF=5mA 時,CTR%=200~400%,當 IF 下降至 2mA 時,其 CTR%=(200~400%)*0.75=150~300%,在 80℃時 CTR%=(200~400%)*0.48=96%~192%。下面依照所計算后的CTR%,計算出適合的 RL 值。
當 IF=2mA, Ta=25℃時,Ic=2mA*(150~300%)=3~6mA,取最小值 3mA, RL=(5-0.2)/3=1.6KΩ。
當 IF=2mA, Ta=80℃時,Ic=2mA*(96~192%)=1.92~3.84mA,取最小值 1.92mA, RL=(5-0.2)/1.92=2.5KΩ。
計算出來的 RL 值,建議再乘上 1.5 倍左右,以延長光耦光衰后的使用壽命。
EL817 CTR評估
如圖 9 所示,取一顆 CTR=192% @IF=5mA 規格的樣品做實際測試,調整可變電阻(VR)將電流調整至 IF=2mA; Baud rate=4800bps; RL=1K, 2.2K, 3.3KΩ,觀察輸出波形。如圖 10所示,當 RL=1KΩ時,Vce 電壓約 2.5V,一般常見的邏輯0電壓在 0.8V 以下,因此無法滿足邏輯0的電壓要求,當 RL=2.2K 和 3.3KΩ時,Vce 電壓已小于 0.8V,雖然此兩個電阻都適用,但此測試環境是在 Ta=25℃進行,如溫度上升時,將使得 RL=2.2kΩ的電路因 CTR 下降而使得 Vce 電壓上升,因此在設計初期應將 CTR 下限和溫度以及壽命衰減一并考慮進去,以避免在大量生產或消費者使用一段時間后才發現異常。
EL817測試電路
EL817 RL不同波形比較

 

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文章關鍵詞:光耦817,電路設計、開關電路、EL817
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