高速无源光耦（无光耦开关电源如何调压）

本文目录一览：

• 1、光耦有哪些分类?什么是高速光耦和低速光耦?
• 2、“高速光耦”的型号是什么？
• 3、高速光耦和普通光耦的区别！
• 4、高速光耦的型号
• 5、固态高速光耦的作用？
• 6、高速光耦资料

光耦有哪些分类?什么是高速光耦和低速光耦?

最常用的分类是按光耦的输出类型分：

1.三极管输出类型的光耦；2.高速输出类型的光耦；3.逻辑IC输出类型的光耦；4.可控硅输出类型的光耦；5.继电器输出类型的光耦 光耦是由三部分组成,就是“光的发射、光的接收及信号放大。”所有的光耦，不管是光继电器还是光可控硅，第一和第二部分都是一样的，就是“光的发射、光的接收”，区别在哪里?区别在第三部分“信号放大”，第三部分做成类似可控硅特性的半导体，那这个光耦就是光可控硅，做个简单的晶体管，那就是常用的普通光耦，做个耐高压的类似MOS管特性的半导体，这就是光继电器。

1.三极管输出的光耦； 〔1〕按输出结构分有三种：无基极引线光耦兆陵，有基极引线光耦，双三极管的达林顿光耦。 其中无基极引线光耦是最基础的光耦，是最常用的光耦，也是用量最大的光耦，后面所有的光耦都是直接或者间接在它的基础上发展的。 无基极引线光耦，有三种封装：DIP-4，SMD-4,HDIP-4,分别对应双列直插，贴片，宽脚。 常用型号有PC817,TLP521-1,PS2501-1,LTV-817,K1010,EL817. 该光耦可以组成双光 耦,DIP-8，4组光耦输出,DIP-16 双光耦常用型号有PC827,TLP521-2,PS2501-2,LTV817-2,K1020 4组光耦常用型号有PC847,TLP521-4,PS2501-4,LTV817-4,K1040 有基极引线光耦，DIP-6或SMD-6,常用型号有PC713,TLP631,4N35,K2010 双三极管的达林顿光耦，DIP-4或SMD-4,常用型号有PC852,TLP627,PS2532-1,LTV-852,KP4010 该光耦可以组成双光耦,DIP-8，4组光耦输出,DIP-16 双光耦常用型号有PC8D52,TLP627-2,PS2532-2,LTV852-2,KP4020 4组光耦常用型号有PC8Q52,TLP627-4,PS2532-4,LTV852-4,KP4040

〔2〕按输入结构分有两种：直流输入型，交流输入型。直流输入型就是上面介绍的三种光耦，输入是一个二极管，所以只有一个方向导通。族亏戚交流输入型就是在原有一个输入二极管上再 反向并联一个二极管。变成两个二极管。也就能双向导通。所谓交流即是如此。输出不变。 交流输入，无基极引线光耦，DIP-4或 SMD-4,常用型号有 PC814,TLP620,PS2505-1,LTV-814,K3010

交流输入, 有基极引线光耦，DIP-6或SMD-6,常用型号有PC733H,TLP630,LTV-733,KP6010 〔3〕按封装形式来分：DIP,SMD,HDIP,SOP,SSOP。此处SMD就是空迟在DIP的基础上把引脚弯曲90度，原来是直插的要通过PCB板焊接，SMD类型的就可以在PCB表面焊接了.HDIP是在DIP的基础上把引脚弯曲45度，再弯曲135度，就形成了HDIP.

“高速光耦”的型号是什么？

主要型号：

6N138、6N139、PS8703

光电耦合器(简称光耦)是开关电源电路中常用的器件。光电耦合知伍器分为两种:一种为非线性光

耦，另一种为线性早桥光耦。

常用的4N系搭睁或列光耦属于非线性光耦。

常用的线性光耦是PC817A-C系列。

高速光耦和普通光耦的区别！

(先进光半导体）

国产光耦替代-先进光半导体

高速光耦与普通光耦结构是不一样

在结构上，高速光耦与普通光耦是不一样，高速光耦的结构是光敏二极管+放大驱动电路，普通光耦的结构是光敏三极管（+放大驱动电路）。光敏二极管的响应速度（上升下降时间）是纳秒级，光敏三极管的响应速度（上升下降时间）是微秒级。不是说普通光耦工作在线性区它就能高速，它固有的响应时间就限死了它想快也快不起来。另外如果普通光耦工作在线性区，那它也会受限截至频率Fc（Cut-off Frequency）这个参数，普通光耦这个Fc基本在50KHz左右（测试条件VCC=5v、IC=5ma、RL=100R，RL加大Fc更小，RL=1K时，Fc大约在10KHz左右），像TLP521，Fc约50KHz,PC817,Fc约80KHz,CNY117,Fc约250KHz。

当然有些普通光者巧兄耦在调大驱动电流（到200MA）/减小负载电阻（到500OHM）/优化驱动脉冲等情况下的确实能达到500KHz这样的速度（部分光耦厂家的应用笔记有提到类似这种应用）

6N135和TLP521来比，确实是不正确的

如果只使用6N135的接收二极管，使用Ib串电阻（较大）输出，对TpLH的影响较大，确实不公平,也没人傻到如此运用。

TLP521正因为是使宽模用光敏三极管，有电流传输比的存在，才使得外部放大整形电路的巧妙设计得到运用。

没有为RS-485光隔问题优化的电路

时间所限，没有为RS485优化，也没有优化成一个顺眼的图纸。

只是从以前搞过的电路中挖出来，给朋友们参考一下

要保证光耦处于线性状态不容易，光耦的电流传输首袭比变化太大，例如521，电流传输比在0.5~6之间，这样在相同IF下，输出电压变化范围有0.5~6倍的范围，给后级工作点定义带来极大困难，基本上不可能。

高速光耦的型号

以下是目前市场上常见的高速光藕型号：

100K bit/S:

6N138、6N139、PS8703

1M bit/S:

6N135、6N136、CNW135、CNW136、PS8601、PS8602、PS8701、PS9613、PS9713、CNW4502、HCPL-2503、HCPL-4502、HCPL-2530（双路）、HCPL-2531（双路）

10M bit/S:

6N137、PS9614、PS9714、PS9611、PS9715、HCPL-2601、HCPL-2611、HCPL-2630（双路）、HCPL－2631（双路）

光耦合器的增益被称为晶体管输出器件的电流传输比 (CTR)，其定义是光电晶体管集电极电流与LED正向电流的比率(ICE/IF)。光电晶体管集电极电流与VCE有关，即集电极和发射极之间的电压。

可控硅型光耦

还有一种光耦野竖是可控硅型光耦。

例如：大搏moc3063、IL420；

它颂仿大们的主要指标是负载能力；

例如：moc3063的负载能力是100mA；IL420是300mA；

固态高速光耦的作用？

光电耦合器的电流传输比(CTR)的允许范围是50%～200%。这是因为当CTR50%时伍神卖腔逗，光耦中的LED就需要较大的工作电流(IF5.0mA)，才能正常控制单片开关电源IC的占空比，这会增大光耦的功耗。若CTR200%，在启动电路或者当负载发生突变时，有可能将单片开关电源误触发，影响正常输出。瞎乎

光电耦合器可以构成各种逻辑电路，由于光电耦合器的抗干扰性能和隔离性能比晶体管好，因此，由它构成的逻辑电路更可靠。将光电耦合器用于双稳态输出电路，由于可以把发光二极管分别串入两管发射极回路，可有效地解决输出与负载隔离地问题。

光电耦合器（先进光半导体）优势替代。

先进光半导体光电耦合器

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 Module，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、过热保宏孝护、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端与桐哗地间的0.1μF滤波电容器，PWM隔离光耦的要求是tPLH0.8μF，tPHL0.8μF，CMR10kV／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蔽轮稿位变化。

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。

关键词：低速光耦 普通光耦 光耦开关 继电器 三极管输出 双光耦 光可控硅 光耦 达林顿光耦 常用的光耦 光继电器 可控硅 高速光耦 双三极管 高速无源光耦