光耦选型最全指南及各种参数说明
光耦选型手册
光耦简介：
光耦合器（opticalcoupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。
光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。
光耦的分类：
（1）光电耦合器分为两种：一种为非线性光耦，另一种为线性光耦。
非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于开关信号的传输，不适合于传输模拟量。常用的4N系列光耦属于非线性光耦。
线性光耦的电流传输特性曲线接近直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。常用的线性光耦是PC817A—C系列。
（2）常用的分类还有：
按速度分，可分为低速光电耦合器（光敏三极管、光电池等输出型）和高速光电耦合器（光敏二极管带信号处理电路或者光敏集成电路输出型）。
按通道分，可分为单通道，双通道和多通道光电耦合器。
按隔离特性分，可分为普通隔离光电耦合器（一般光学胶灌封低于5000V，空封低于2000V）和高压隔离光电耦合器（可分为10kV，20kV，30kV等）。
按输出形式分，可分为：
a、光敏器件输出型，其中包括光敏二极管输出型，光敏三极管输出型，光电池输出型，光可控硅输出型等。
b、NPN三极管输出型，其中包括交流输入型，直流输入型，互补输出型等。
c、达林顿三极管输出型，其中包括交流输入型，直流输入型。
d、逻辑门电路输出型，其中包括门电路输出型，施密特触发输出型，三态门电路输出型等。
e、低导通输出型（输出低电平毫伏数量级）。
f、光开关输出型（导通电阻小于10Ω）。
g、功率输出型（IGBT/MOSFET等输出）。
光耦的结构特点：
（1）光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为105～106Ω。据分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，但馈送到光电耦合器输入端的杂讯电压会很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极体发光，从而被抑制掉了。
（2）光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地；之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此回路一边的各种干扰杂讯都很难通过光电耦合器馈送到另一边去，避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。
（3）光电耦合器可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。
（4）光电耦合器的回应速度极快，其回应延迟时间只有10μs左右，适于对回应速度要求很高的场合。
光耦的相关参数：
一、输入特性：
光耦合器的输入特性实际也就是其内部发光二极管的特性。常见的参数有：
（1）.正向工作电压Vf（Forward Voltage）
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=20mA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。
（2）反向电压Vr（Reverse Voltage ）
是指LED所能承受的最大反向电压，超过此反向电压，可能会损坏LED。在使用交流脉冲驱动LED时，要特别注意不要超过反向电压。
（3）反向电流Ir（Reverse Current）
通常指在最大反向电压情况下，流过LED的反向电流。
（4）允许功耗Pd（Maximum Power Dissipation）
LED所能承受的最大功耗值。超过此功耗，可能会损坏LED。
（5）中心波长λp（Peak Wave Length）
是指LED所发出光的中心波长值。波长直接决定光的颜色，对于双色或多色LED，会有几个不同的中心波长值。
（6）正向工作电流If（Forward Current）
If是指LED正常发光时所流过的正向电流值。不同的LED，其允许流过的最大电流也会不一样。
采用高效率的LED和高增益的接收放大电路可以降低驱动电流的需求。较小的If可以降低系统功耗，并降低LED的衰减，提高系统长期可靠性。如下图AVAGO光耦系列所示，HCPL-4701系列可做到40uA的导通电流，大大降低系统功耗。
（7）正向脉冲工作电流Ifp（Peak Forward Current）
Ifp是指流过LED的正向脉冲电流值。为保证寿命，通常会采用脉冲形式来驱动LED，通常LED规格书中给中的Ifp是以0.1ms脉冲宽度,占空比为1/10的脉冲电流来计算的。
二、输出特性：
光耦合器的输出特性实际也就是其内部光敏三极管的特性，与普通的三极管类似。常见的参
数有：
（1）集电极电流Ic（Collector Current）
光敏三极管集电极所流过的电流，通常表示其最大值。
（2）集电极-发射极电压Vceo（C-E Voltage）
集电极-发射极所能承受的电压。
（3）发射极-集电极电压Veco（E-C Voltage）
发射极-集电极所能承受的电压
（4）反向截止电流Iceo
发光二极管开路，集电极至发射极间的电压为规定值时，流过集电极的电流为反向截止电流。
（5）C-E饱和电压Vce(sat)（C-E Saturation Voltage）
发光二极管工作电流IF和集电极电流IC为规定值时，并保持IC/IF≤CTRmin时（CTRmin 在被测管技术条件中规定）集电极与发射极之间的电压降。
三、传输特性：
（1）电流传输比CTR（Current Transfer Radio）
输出管的工作电压为规定值时，输出电流和发光二极管正向电流之比为电流传输比CTR。
（2）上升时间Tr （Rise Time）& 下降时间Tf（Fall Time）
光耦合器在规定工作条件下，发光二极管输入规定电流IFP的脉冲波，输出端管则输出相应的脉冲波，从输出脉冲前沿幅度的10%到90%，所需时间为脉冲上升时间tr。从输出脉冲后沿幅度的90%到10%，所需时间为脉冲下降时间tf。
（3）传输延迟时间tPHL,tPLH：
从输入脉冲前沿幅度的50%到输出脉冲电平下降到 1.5V时所需时间为传输延迟时间tPHL。从输入脉冲后沿幅度的50%到输出脉冲电平上升到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPLH。
四、隔离特性：
（1）入出间隔离电压Vio（Isolation Voltage）
光耦合器输入端和输出端之间绝缘耐压值。
（2）入出间隔离电容Cio（Isolation Capacitance）：
光耦合器件输入端和输出端之间的电容值
（3）入出间隔离电阻Rio：（Isolation Resistance）
半导体光耦合器输入端和输出端之间的绝缘电阻值。
（4）共模抑制比CMTR
光耦合器的技术参数主要有发光二极管正向压降VF、正向电流IF、电流传输比CTR、输入级与输出级之间的绝缘电阻、集电极-发射极反向击穿电压V(BR)CEO、集电极-发射极饱和压降VCE(sat）。此外，在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降时间、延迟时间和存储时间等参数。
电流传输比是光耦合器的重要参数，通常用直流电流传输比来表示。当输出电压保持恒定时，它等于直流输出电流IC与直流输入电流IF的百分比。
使用光电耦合器主要是为了提供输入电路和输出电路间的隔离，在设计电路时，必须遵循下列原则：所选用的光电耦合器件必须符合国内和国际的有关隔离击穿电压的标准；由英国埃索柯姆（Isocom）公司、美国FAIRCHILD生产的4N××系列（如4N25、4N26、4N35）光耦合器，在国内应用地十分普遍。可以用于单片机的输出隔离；所选用的光耦器件必须具有较高的耦合系数。
光耦工作原理详解
以一个简单的图（图.1）说明光耦的工作：原边输入信号Vin，施加到原边的发光二极管和Ri上产生光耦的输入电流If，If驱动发光二极管，使得副边的光敏三极管导通，回路VCC、RL产生Ic,Ic经过RL产生Vout，达到传递信号的目的。原边副边直接的驱动关联是CTR（电流传输比），要满足Ic≤If*CTR。
图.1
光耦一般会有两个用途：线性光耦和逻辑光耦，工作在开关状态的光耦副边三极管饱和导通，管压降<0.4V，Vout约等于Vcc（Vcc-0.4V左右），Vout大小只受Vcc大小影响。此时Ic 工作在线性状态的光耦，Ic=If*CTR，副边三极管压降的大小等于Vcc-Ic*RL，Vout= Ic*RL =(Vin-1.6V)/Ri * CTR*RL，Vout大小直接与Vin成比例，一般用于反馈环路里面(1.6V是粗略估计，实际要按器件资料，后续1.6V同) 。 光耦CTR详解 概要：对于工作在开关状态的光耦要保证光耦导通时CTR有一定余量；CTR受多个因素影响。 一、光耦能否可靠导通实际计算 举例分析，例如图.1中的光耦电路，假设Ri = 1k,Ro = 1k,光耦CTR= 50%，光耦导通时假设二极管压降为1.6V，副边三极管饱和导通压降Vce=0.4V。输入信号Vi是5V的方波，输出Vcc是3.3V。Vout能得到3.3V的方波吗？ 我们来算算：If = (Vi-1.6V)/Ri = 3.4mA 副边的电流限制：Ic’ ≤CTR*If = 1.7mA 假设副边要饱和导通，那么需要Ic’ = (3.3V –0.4V)/1k = 2.9mA，大于电流通道限制，所以导通时，Ic会被光耦限制到1.7mA，Vout = Ro*1.7mA = 1.7V 所以副边得到的是1.7V的方波。 为什么得不到3.3V的方波，可以理解为图.1光耦电路的电流驱动能力小，只能驱动1.7mA 的电流，所以光耦会增大副边三极管的导通压降来限制副边的电流到1.7mA。 解决措施：增大If；增大CTR；减小Ic。对应措施为：减小Ri阻值；更换大CTR光耦；增大Ro阻值。 将上述参数稍加优化，假设增大Ri到200欧姆，其他一切条件都不变，Vout能得到3.3V 的方波吗？ 重新计算：If = (Vi – 1.6V)/Ri = 17mA；副边电流限制Ic’ ≤CTR*If = 8.5mA，远大于副边饱和导通需要的电流(2.9mA)，所以实际Ic = 2.9mA。 所以，更改Ri后，Vout输出3.3V的方波。 开关状态的光耦，实际计算时，一般将电路能正常工作需要的最大Ic与原边能提供的最小If之间Ic/If的比值与光耦的CTR参数做比较，如果Ic/If ≤CTR，说明光耦能可靠导通。一般会预留一点余量（建议小于CTR的90%）。 二、CTR受那些因素影响 上一节说到设计时要保证一定CTR余量。就是因为CTR的大小受众多因素影响，这些因素之中既有导致CTR只离散的因素（不同光耦），又有与CTR有一致性的参数（壳温/If/寿命）。（1）光耦本身离散性：下图是2801不同批次光耦的CTR，手册上一般给的都是If=5mA时的值，可以看到不同DATECODE的有差异，但CTR值都在规格（130-260）范围内。 同样以8701为例，CTR在Ta=25℃/If=16mA时，范围是(15%~35%) 说明8701这个型号的光耦，不论何时/何地，任何批次里的一个样品，只要在Ta=25℃/If=16mA这个条件下，CTR是一个确定的值，都能确定在15%~35%以内。 因此计算开关光耦的导通时，要以下限进行计算，并且保证有余量。计算关断时要以上限。（2）温度影响：以8701为例 Ta=25℃条件下的 CTR 下限确定了，但往往产品里面温度范围比较大，比如光耦会工作 在（-5~75℃）下，此种情况下 CTR 怎么确定？还是看 8701 的手册：有 Ta-CTR 关系图： 从图中看出，以25 度的为基准，在其他条件不变的情况下，-5 度下的CTR 是25 度下的0.9 倍左右，75 度下最小与25 度下的CTR 持平。 所以在 16mA/(-5~75℃)条件下，8701的CTR 最小值是15%*0.9 = 13.5% （3）原边电流IF影响 某一批次的2801 CTR值： IF不同，CTR不同，且差异非常大。 此时CTR计算可参考（以8701为例）： 假设如果实际的If是3.4mA，那么如何确定CTR在If=3.4mA / Ta=(-5~75℃)条件下的最小CTR 值。 查看 8701 的If-CTR 曲线。图中给出了三条曲线，代表抽取了三个样品做测试得到的If-CTR 曲线，实际只需要一个样品的曲线即可。 注：此图容易理解为下限/典型/上限三个曲线，其实不然。大部分图表曲线只是一个相对关系图，不能图中读出绝对的参数值。 计算：选用最上面一条样品曲线，由图中查出， If=16mA 时CTR 大概28%， 在If=3.4mA时CTR 大概在46%。3.4mA 是16mA 时的46%/28% = 1.64倍； 所以，在 If=3.4mA / (-5~75℃)，CTR下限为13.5% * 1.64 = 22.2% （4）VCE的影响 Ic,If,Vce关系曲线： 由图表可看出：Vce必须大于一定电压，Ic才能达到最大，CTR值才会大；设计，选型，替代注意：Vce在电路应用中，保证设计有一定的电压值，否则Ic将较小，CTR将较小，一般设计Vc应大于3V。 （5）寿命影响 CTR值与工作时间，工作电流，工作温度关系曲线 由图表可看出：工作时间越长，CTR值越小；工作温度越高，CTR值越小；工作电流越大，CTR值越小；在设计选型时，在规格书规定的工作环境温度下，为了保证产品足够寿命，需要选取合适的工作电流。 通过以上影响CTR的因素，离散性、温度、If、VCE、寿命，这几个因数综合起来，结合电路设计的功耗，确定If，根据现场使用环境确定温度范围，确定CTR值的下限。根据CTR值的下限及传输速率要求，确定原边及副边的负载电阻。 光耦的传输特性 前面介绍光耦的参数时介绍涉及传输特性的几个参数，上升时间Tr （Rise Time）& 下降时间Tf（Fall Time），传输延迟时间tPHL及tPLH。这几个参数在不同光耦厂家的定义略有不同，但表征意义基本相同。 由于光耦自身存在分布电容，对传输速度造成影响，光敏三极管存在分布电容Cbe。 由于CB间接电容的存在，造成输入与输出信号间有个延迟时间，部分光藕在使用中将B极与地间加个电阻来减少延迟时间； 设计，选型，替代注意：在设计选型时，要了解光耦在信号传输时，有时间的延迟问题，因此选型根据产品的工作频率来选定不同传输速率的光耦，部分可通过调整电阻来改变频率响应； 一、光耦的传输延时tPHL及tPLH：以8701为例 涉及到两个参数：光耦导通延时 tphl 和光耦关断延时 tplh ，以 8701 为例：在If=16mA/Ic=2mA 时候，导通延时最大 1.2uS，关断延时最大 0.8uS。所以用 8701 传递 500k 以上的开关信号就需要不能满足。 下图是一个实测的延时波形（ch4 原边（红），ch2 副边（绿）） 对于t p 参数的设计更应该考虑余量，因为t p 参数也受其他因素影响较多。 （1）受温度影响 8701 的Ta-If 特征曲线：温度升高，开关延时都会增大。 （2）受原边If大小影响 8701 的tp-If 特征曲线：If 增大，导通延时减小，关断延时增大。 （3）受副边Ic 大小影响 8701 的tp-R L 特征曲线：R L 增大，关断延时增大明显。 针对具体电路的特点，计算最大延时时也是采用与CTR 一样的方法，通过器件资料给 定特定环境下的准确范围，然后逐一通过三个曲线确定具体电路下的光耦最大延时。 二、光耦的上升时间Tr （Rise Time）& 下降时间Tf（Fall Time） 在某些厂家的光耦手册中，并没有TPHL和TPLH的数据，只有Tr、Tf、Ton、Toff的概念，此时分析光耦的传输特性可与上文中传输延时分析方法一致。导通和关断的延时主要是受制于输入电流和输出负载限制。 以下是台湾亿光光耦手册给出的数据： 测试条件为If=16mA，实际设计中输入电流由于功耗的限制不可能这么大，因此需要找厂家确定我们选定的If值时的经验曲线。 此时分析光耦的传输速率需计算ton和toff。当If增大时，导通延时减小，关断延时增大。例如LZ是9600通讯，最短脉冲时间=104uS。信号经过光耦之后，高低电平的时间参数不能有太大的变化，取20%即20uS。看参数定义，必须同时满足tON<20uS，tOFF<20uS。 开关光耦的参数计算再确定好输入和输出的电压后，就是输入和输出负载电阻的计算。确定两个负载电阻，首先计算CTR值的在各种影响因素下的下限值，主要是If、全温度范围、离散性、寿命。确定好CTR下限值后，再确定光耦的传输速率，根据传输速率的要求，确定输出端的负载电阻。根据输出端电阻计算输入端负载电阻。由于厂家手册给出的曲线一般都是在IF较大的情况下的数据，但在实际设计中考虑到功耗要求，If值一般较小，因此需要同原厂技术人员沟通下，给出一个经验值来供我们参考计算。再计算后相关参数后，最好进 行相应的实测，验证自己的计算结果。 几种常用的光耦反馈电路应用 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 在一般的隔离电源中，光耦隔离反馈是一种简单、低成本的方式。但对于光耦反馈的各种连接方式及其区别，目前尚未见到比较深入的研究。而且在很多场合下，由于对光耦的工作原理理解不够深入，光耦接法混乱，往往导致电路不能正常工作。本研究将详细分析光耦工作原理，并针对光耦反馈的几种典型接法加以对比研究。 1 常见的几种连接方式及其工作原理 常用于反馈的光耦型号有TLP521、PC817等。这里以TLP521为例，介绍这类光耦的特性。 TLP521的原边相当于一个发光二极管，原边电流If越大，光强越强，副边三极管的电流Ic越大。副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大系数，该系数随温度变化而变化，且受温度影响较大。作反馈用的光耦正是利用“原边电流变化将导致副边电流变化”来实现反馈，因此在环境温度变化剧烈的场合，由于放大系数的温漂比较大，应尽量不通过光耦实现反馈。此外，使用这类光耦必须注意设计外围参数，使其工作在比较宽的线性带内，否则电路对运行参数的敏感度太强，不利于电路的稳定工作。 通常选择TL431结合TLP521进行反馈。这时，TL431的工作原理相当于一个内部基准为2.5 V的电压误差放大器，所以在其1脚与3脚之间，要接补偿网络。 常见的光耦反馈第1种接法，如图1所示。图中，Vo为输出电压，Vd为芯片的供电电压。com信号接芯片的误差放大器输出脚，或者把PWM 芯片(如UC3525)的内部电压误差放大器接成同相放大器形式，com信号则接到其对应的同相端引脚。注意左边的地为输出电压地，右边的地为芯片供电电压地，两者之间用光耦隔离。 图1所示接法的工作原理如下：当输出电压升高时，TL431的1脚(相当于电压误差放大器的反向输入端)电压上升，3脚(相当于电压误差放大器的输出脚)电压下降，光耦TLP 521的原边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，电阻R4上的电压降增大，com 引脚电压下降，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压降低时，调节过程类似。 常见的第2种接法，如图2所示。与第1种接法不同的是，该接法中光耦的第4脚直接接到芯片的误差放大器输出端，而芯片内部的电压误差放大器必须接成同相端电位高于反相端电位的形式，利用运放的一种特性——当运放输出电流过大(超过运放电流输出能力)时，运放的输出电压值将下降，输出电流越大，输出电压下降越多。因此，采用这种接法的电路，一定要把PWM 芯片的误差放大器的两个输入引脚接到固定电位上，且必须是同向 https://www.360docs.net/doc/ed927556.html, Pack performance into the smallest dimensions with Sharp’s solutions for Lighting, Sensing, and Power handling. Sharp’s Lighting, Drivers, Power handling, and Sensing modules are specifically designed for engineers with small applications demanding higher packaging density and a smaller end product. Combine our Lighting with our Driver and Sensing modules for a complete solution. Sharp’s Sensors pro-vide the best cost/performance numbers in the industry, while Sharp’s Photointerrupters are at the forefront in size and ambient light management. Sharp’s Distance Sensors outperform capacitive, ultrasonic, and light-intensity offerings. Lighting ? LED Modules ? LED Drivers ? Ambient Light Sensors ? Blue Laser Diodes Power ? Photocouplers ? Phototriacs Sensors ? Photointerrupters ? Optical System Devices ? Emitters/Detectors Electronic Components Group Selector Guide 光耦常用参数正向电流IF：在被测管两端加一定的正向电压时二极管中流过的电流。 反向电流IR：在被测管两端加规定反向工作电压VR时，二极管中流过的电流。 反向击穿电压VBR：：被测管通过的反向电流IR为规定值时，在两极间所产生的电压降。 结电容CJ：在规定偏压下，被测管两端的电容值。 反向击穿电压V(BR)CEO：发光二极管开路，集电极电流IC为规定值，集电极与发射集间的电压降。 输出饱和压降VCE(sat)：发光二极管工作电流IF和集电极电流IC为规定值时，并保持 IC/IF≤CTRmin时（CTRmin在被测管技术条件中规定）集电极与发射极之间的电压降。反向截止电流ICEO：发光二极管开路，集电极至发射极间的电压为规定值时，流过集电极的电流为反向截止电流。 电流传输比CTR：输出管的工作电压为规定值时，输出电流和发光二极管正向电流之比为电流传输比CTR。 脉冲上升时间tr、下降时间tf：光耦合器在规定工作条件下，发光二极管输入规定电流IFP 的脉冲波，输出端管则输出相应的脉冲波，从输出脉冲前沿幅度的10%到90%，所需时间为脉冲上升时间tr。从输出脉冲后沿幅度的90%到10%，所需时间为脉冲下降时间tf。传输延迟时间tPHL、tPLH：光耦合器在规定工作条件下，发光二极管输入规定电流IFP 的脉冲波，输出端管则输出相应的脉冲波，从输入脉冲前沿幅度的50%到输出脉冲电平下降到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPHL。从输入脉冲后沿幅度的50%到输出脉冲电平上升到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPLH。 入出间隔离电容CIO：光耦合器件输入端和输出端之间的电容值。 入出间隔离电阻RIO：半导体光耦合器输入端和输出端之间的绝缘电阻值。 入出间隔离电压VIO：光耦合器输入端和输出端之间绝缘耐压值。 ---------------------------------------------------------------------------------------- 常用的器件。光电耦合器分为两种：一种为非线性光耦，另一种为线性光耦。 常用的4N系列光耦属于非线性光耦 常用的线性光耦是PC817A—C系列。 非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于弄开关信号的传输，不适合于传输模拟量。 线性光耦的电流传输手特性曲线接进直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。 开关电源中常用的光耦是线性光耦。如果使用非线性光耦，有可能使振荡波形变坏，严重时出现寄生振荡，使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的低频振荡依次为号调制。由此产生的后果是对彩电，彩显，VCD，DCD等等，将在图像画面上产生干扰。同时电源带负载能力下降。 在彩电，显示器等开关电源维修中如果光耦损坏，一定要用线性光耦代换。 常用的4脚线性光耦有PC817A----C。PC111 TLP521等常用的六脚线性光耦有： TLP632 TLP532 PC614 PC714 PS2031等。 常用的4N25 4N26 4N35 4N36是不适合用于开关电源中的，因为这4种光耦均属于非线 品牌： 美国的IR，型号前缀IRF；日本的TOSHIBA； NXP，ST（意法），NS（国半），UTC，仙童，Vishay。 MOS管选型指南. xls 关于MOS选型 第一步：选用N沟道还是P沟道 低压侧开关选N-MOS，高压侧开关选P-MOS 根据电路要求选择确定VDS，VDS要大于干线电压或总线电压。这样才能提供足够的保护，使MOS管不会失效。 第二步：确定额定电流 额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。与电压的情况相似，设计人员必须确保所选的MOS管能承受这个额定电流，即使在系统产生尖峰电流时。 MOS管并不是理想的器件，因为在导电过程中会有电能损耗，这称之为导通损耗。MOS 管在“导通”时就像一个可变电阻，由器件的RDS（ON）所确定，并随温度而显著变化。器件的功率耗损可由Iload2×RDS（ON）计算，由于导通电阻随温度变化，因此功率耗损也会随之按比例变化。对MOS管施加的电压VGS越高，RDS（ON）就会越小；反之RD S（ON）就会越高。 第三步：确定热要求 器件的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积（结温=最大环境温度+［热阻×功率耗散］）。根据这个方程可解出系统的最大功率耗散，即按定义相等于I2×RDS（ON）。第四步：决定开关性能 选择MOS管的最后一步是决定MOS管的开关性能。影响开关性能的参数有很多，但最重要的是栅极/漏极、栅极/源极及漏极/源极电容。这些电容会在器件中产生开关损耗，因为在每次开关时都要对它们充电。MOS管的开关速度因此被降低，器件效率也下降。 详细的MOS管的选型可以参考资料3 MOS管正确选择的步骤 正确选择MOS管是很重要的一个环节，MOS管选择不好有可能影响到整个电路的效率和成本，了解不同的MOS管部件的细微差别及不同开关电路中的应力能够帮助工程师避免诸多问题，下面我们来学习下MOS管的正确的选择方法。 第一步：选用N沟道还是P沟道 为设计选择正确器件的第一步是决定采用N沟道还是P沟道MOS管。在典型的功率应用中，当一个MOS管接地，而负载连接到干线电压上时，该MOS管就构成了低压侧开关。在低压侧开关中，应采用N沟道MOS管，这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。当MOS管连接到总线及负载接地时，就要用高压侧开关。通常会在这个拓扑中采用P沟道MOS 管，这也是出于对电压驱动的考虑。 要选择适合应用的器件，必须确定驱动器件所需的电压，以及在设计中最简易执行的方法。下一步是确定所需的额定电压，或者器件所能承受的最大电压。额定电压越大，器件的成本就越高。根据实践经验，额定电压应当大于干线电压或总线电压。这样才能提供足够的保护，使MOS管不会失效。就选择MOS管而言，必须确定漏极至源极间可能承受的最大电压，即最大VDS。知道MOS管能承受的最大电压会随温度而变化这点十分重要。设计人员必须在整个工作温度范围内测试电压的变化范围。额定电压必须有足够的余量覆盖这个变化范围，确保电路不会失效。设计工程师需要考虑的其他安全因素包括由开关电子设备（如电机或变压器）诱发的电压瞬变。不同应用的额定电压也有所不同；通常，便携式设备为20V、FPGA电源为20～30V、85～220VAC应用为450～600V。 第二步：确定额定电流 第二步是选择MOS管的额定电流。视电路结构而定，该额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。与电压的情况相似，设计人员必须确保所选的MOS管能承受这个额定电流，即使在系统产生尖峰电流时。两个考虑的电流情况是连续模式和脉冲尖峰。在连续导通模式下，MOS管处于稳态，此时电流连续通过器件。脉冲尖峰是指有大量电涌（或尖峰电流）流过器件。一旦确定了这些条件下的最大电流，只需直接选择能承受这个最大电流的器件便可。 选好额定电流后，还必须计算导通损耗。在实际情况下，MOS管并不是理想的器件，因为在导电过程中会有电能损耗，这称之为导通损耗。MOS管在“导通”时就像一个可变电阻，由器件的RDS（ON）所确定，并随温度而显著变化。器件的功率耗损可由Iload2&TImes;RDS（ON）计算，由于导通电阻随温度变化，因此功率耗损也会随之按比例变化。对MOS管施加的电压VGS越高，RDS（ON）就会越小；反之RDS（ON）就会越高。对系统设计人员来说，这就是取决于系统电压而需要折中权衡的地方。对便携式设计来说，采用较低的电压比较容易（较为普遍），而对于工业设计，可采用较高的电压。注意RDS（ON）电阻会随着电流轻微上升。关于RDS（ON）电阻的各种电气参数变化可在制造商提供的技术资料表中查到。 技术对器件的特性有着重大影响，因为有些技术在提高最大VDS时往往会使RDS（ON） 光耦选型经典指南 1.0.目的： 针对光偶选型，替代，采购，检测及实际使用过程中出现的光偶特性变化引起的产品失效问题，提供指导。 2.0.适用范围： 本指导书适用于瑞谷光偶的设计，选型，替代等。 3.0.说明： 目前发现，因光偶的选型，光偶替代，光偶工作电流，工作温度设计不当等原因导致产品出现问题，如何减少选型，设计，替代导致的产品问题，这里将制订出相关指导性规范。 4.0.内部结构图及CTR 的计算方法： ●规格定义CTR：Ice/I F*100% (检测条件：I F =5 ma Vce=5V, 2701，2801系列) 5.0.光偶主要特性分析，设计选型替代要求: 5.1外观尺寸： 设计，选型，替代注意： ●封装正确，本体MARK字迹要清晰，品牌正确，与技术规格书一致； ●替代时，如都为标准件封装，基本上装配没有问题，但需注意厚度是否与原料 相同，是否满足整机的工艺要求。 5.2不同输入控制电流I F，CTR 值不同； ●由图表显示，IF在5-15ma时CTR值最大；在小于5mA时(目前我们产品设计大 多如此)，CTR值一般小于正常额定规格值； ●附加Cosmo KPS2801-B 实测数据： J16(2009年第16周生产)的光耦在室温下的CTR I F（VCE=5V）#1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 1mA 88.3% 90.48% 90.57% 86.56% 87.1% 85.12% 87..39% 2mA 133% 130% 130% 125% 135% 122% 126% 3mA 150% 154% 154% 147% 151% 139% 150% 5mA 177% 187% 183% 177% 178% 170% 177% J25(2009年第25周生产)的光耦在室温下的CTR I F（VCE=5V）#1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 1mA 69.24% 78.61% 66.68% 66.41% 65.7% 75.5% 79.0% 2mA 97% 105% 110% 104% 101% 122% 126% 3mA 121% 121% 131% 132% 129% 151% 151% 5mA 166% 147% 174% 174% 173% 210% 196% ●评注：IF不同，CTR不同，且差异非常大；不同DATECODE的也有差异，但在IF=5ma时， CTR值都在规格（130-260）范围内； ●设计，选型，替代注意：设计时工作电流应接近来料的检测电流值（目前大多 IF=5ma）,否则应用的CTR值无法保证，产品动态性能将很差； 5.3不同环境温度，CTR 值不同； 市场常见光耦内部图： 光电耦合器（简称光耦）是开关电源电路中常用的器件。光电耦合器分为两种：一种为非线性光耦，另一种为线性光耦。 常用的4N系列光耦属于非线性光耦 常用的线性光耦是PC817A—C系列。 非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于弄开关信号的传输，不适合于传输模拟量。 线性光耦的电流传输手特性曲线接进直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。 开关电源中常用的光耦是线性光耦。如果使用非线性光耦，有可能使振荡波形变坏，严重时出现寄生振荡，使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的低频振荡依次为号调制。由此产生的后果是对彩电，彩显，VCD，DCD等等，将在图像画面上产生干扰。同时电源带负载能力下降。 在彩电，显示器等开关电源维修中如果光耦损坏，一定要用线性光耦代换。 常用的4脚线性光耦有PC817A----C。PC111 TLP521等常用的六脚线性光耦有：TLP632 TLP532 PC614 PC714 PS2031等。 常用的4N25 4N26 4N35 4N36是不适合用于开关电源中的，因为这4种光耦均属于非线性光耦。 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 还有一种光耦是可控硅型光耦。 例如：moc3063、IL420； 它们的主要指标是负载能力； 例如：moc3063的负载能力是100mA；IL420是300mA； 光耦的部分型号 型号规格性能说明 光耦选型手册 光耦简介： 光耦合器（opticalcoupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。 光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。 光耦的分类： （1）光电耦合器分为两种：一种为非线性光耦，另一种为线性光耦。 非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于开关信号的传输，不适合于传输模拟量。常用的4N系列光耦属于非线性光耦。 线性光耦的电流传输特性曲线接近直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。常用的线性光耦是PC817A—C系列。 （2）常用的分类还有： 按速度分，可分为低速光电耦合器（光敏三极管、光电池等输出型）和高速光电耦合器（光敏二极管带信号处理电路或者光敏集成电路输出型）。 按通道分，可分为单通道，双通道和多通道光电耦合器。 按隔离特性分，可分为普通隔离光电耦合器（一般光学胶灌封低于5000V，空封低于2000V）和高压隔离光电耦合器（可分为10kV，20kV，30kV等）。 按输出形式分，可分为： a、光敏器件输出型，其中包括光敏二极管输出型，光敏三极管输出型，光电池输出型，光可控硅输出型等。 b、NPN三极管输出型，其中包括交流输入型，直流输入型，互补输出型等。 c、达林顿三极管输出型，其中包括交流输入型，直流输入型。 d、逻辑门电路输出型，其中包括门电路输出型，施密特触发输出型，三态门电路输出型等。 e、低导通输出型（输出低电平毫伏数量级）。 f、光开关输出型（导通电阻小于10Ω）。 g、功率输出型（IGBT/MOSFET等输出）。 光耦的结构特点： （1）光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为105～106Ω。据分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，但馈送到光电耦合器输入端的杂讯电压会很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极体发光，从而被抑制掉了。 （2）光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地；之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此回路一边的各种干扰杂讯都很难通过光电耦合器馈送到另一边去，避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。 （3）光电耦合器可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。 （4）光电耦合器的回应速度极快，其回应延迟时间只有10μs左右，适于对回应速度要求很高的场合。 光电耦合器(光耦)参数及资料市场常见光耦内部图： 光电耦合器（简称光耦）是开关电源电路中常用的器件。光电耦合器分为两种：一种为非线性光耦，另一种为线性光耦。 常用的4N系列光耦属于非线性光耦 常用的线性光耦是PC817A—C系列。 非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于弄开关信号的传输，不适合于传输模拟量。 线性光耦的电流传输手特性曲线接进直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。 开关电源中常用的光耦是线性光耦。如果使用非线性光耦，有可能使振荡波形变坏，严重时出现寄生振荡，使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的低频振荡依次为号调制。由此产生的后果是对彩电，彩显，VCD，DCD等等，将在图像画面上产生干扰。同时电源带负载能力下降。 在彩电，显示器等开关电源维修中如果光耦损坏，一定要用线性光耦代换。 常用的4脚线性光耦有PC817A----C。PC111 TLP521等常用的六脚线性光耦有：TLP632 TLP532 PC614 PC714 PS2031等。 常用的4N25 4N26 4N35 4N36是不适合用于开关电源中的，因为这4种光耦均属于非线性光耦。 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 还有一种光耦是可控硅型光耦。 例如：moc3063、IL420； 它们的主要指标是负载能力； 例如：moc3063的负载能力是100mA；IL420是300mA； 光耦的部分型号 型号规格性能说明 4N25 晶体管输出 4N25MC 晶体管输出 4N26 晶体管输出 4N27 晶体管输出 4N28 晶体管输出 4N29 达林顿输出 4N30 达林顿输出 4N31 达林顿输出 4N32 达林顿输出 4N33 达林顿输出 4N33MC 达林顿输出 4N35 达林顿输出 4N36 晶体管输出 4N37 晶体管输出 4N38 晶体管输出 4N39 可控硅输出 6N135 高速光耦晶体管输出 6N136 高速光耦晶体管输出 6N137 高速光耦晶体管输出 6N138 达林顿输出 6N139 达林顿输出 MOC3020 可控硅驱动输出 常用光耦简介及常见型 号 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI- 常用光耦简介及常见型号 常用光耦简介及常见型号 光电耦合器（简称光耦）是开关电源电路中常用的器件。光电耦合器分为两种：一种为非线性光耦，另一种为线性光耦。 常用的4N系列光耦属于非线性光耦 常用的线性光耦是PC817A—C系列。 非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于弄开关信号的传输，不适合于传输模拟量。 线性光耦的电流传输手特性曲线接进直线，并且小信号时性能较 好，能以线性特性进行隔离控制。 开关电源中常用的光耦是线性光耦。如果使用非线性光耦，有可能使振荡波形变坏，严重时出现寄生振荡，使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的低频振荡依次为号调制。由此产生的后果是对彩电，彩显，VCD，DCD等等，将在图像画面上产生干扰。同时电源带 负载能力下降。 在彩电，显示器等开关电源维修中如果光耦损坏，一定要用线性光 耦代换。 常用的4脚线性光耦有PC817A----C。PC111 TLP521等常用的六脚线性光耦有：TLP632 TLP532 PC614 PC714 PS2031等。常用的4N25 4N26 4N35 4N36是不适合用于开关电源中的，因为 这4种光耦均属于非线性光耦。 ？ 经查大量资料后，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、PS8 701、PS9613、PS9713、CNW4502、HCPL-2503、HCPL-450 2、HCPL-2530（双路）、HCPL-2531（双路） 10M bit/S: 6N137、PS9614、PS9714、PS9611、PS9715、HCPL-2601、H CPL-2611、HCPL-2630（双路）、HCPL－2631（双路） 常用参数 正向压降VF：二极管通过的正向电流为规定值时，正负极之间所产生的电压降。 正向电流IF：在被测管两端加一定的正向电压时二极管中流过的电流。 反向电流IR：在被测管两端加规定反向工作电压VR时，二极管中流过的电流。 反向击穿电压VBR：：被测管通过的反向电流IR为规定值时，在两极间所产生的电压降。结电容CJ：在规定偏压下，被测管两端的电容值。 反向击穿电压V(BR)CEO：发光二极管开路，集电极电流IC为规定值，集电极与发射集间的电压降。 输出饱和压降VCE(sat)：发光二极管工作电流IF和集电极电流IC为规定值时，并保持 IC/IF≤CTRmin时（CTRmin在被测管技术条件中规定）集电极与发射极之间的电压降。 反向截止电流ICEO：发光二极管开路，集电极至发射极间的电压为规定值时，流过集电极的电流为反向截止电流。 电流传输比CTR：输出管的工作电压为规定值时，输出电流和发光二极管正向电流之比为电流传输比CTR。 脉冲上升时间tr、下降时间tf：光耦合器在规定工作条件下，发光二极管输入规定电流IFP 的脉冲波，输出端管则输出相应的脉冲波，从输出脉冲前沿幅度的10%到90%，所需时间为脉冲上升时间tr。从输出脉冲后沿幅度的90%到10%，所需时间为脉冲下降时间tf。 传输延迟时间tPHL、tPLH：光耦合器在规定工作条件下，发光二极管输入规定电流IFP的脉冲波，输出端管则输出相应的脉冲波，从输入脉冲前沿幅度的50%到输出脉冲电平下降到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPHL。从输入脉冲后沿幅度的50%到输出脉冲电平上升到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPLH。 入出间隔离电容CIO：光耦合器件输入端和输出端之间的电容值。 入出间隔离电阻RIO：半导体光耦合器输入端和输出端之间的绝缘电阻值。 入出间隔离电压VIO：光耦合器输入端和输出端之间绝缘耐压值。 最大额定值 参数名称 符号 最大额定值 单位 V 反向电压 5 V R I 正向电流 50 mA 电调常见的烧毁问题，可通过更换烧坏的ＭＯＳ管来解决，如相应电流的，可用更多大额定电流的代替。注意，焊接ＭＯＳ止静电。 TO-220 TO-252 TO-3 附SO-8（贴片８脚）封装ＭＯＳ管IRF7805Z的引脚图。 上图中有小圆点的为１脚 注：下表按电流降序排列（如有未列出的，可回帖，我尽量补 封装形式极性型号电流(A)耐压(V)导通电阻(mΩ) SO-8N型SI43362230 4.2 SO-8N型IRF78312130 3.6 SO-8N型IRF783220304 SO-8N型IRF872114308.5 SO-8N型IRF78051330 SO-8N型IRF7805Q133011 SO-8N型IRF7413123018 SO-8N型TPC800312306 SO-8N型IRF7477113020 SO-8N型IRF7811113012 SO-8N型IRF7466103015 SO-8N型SI4410103014 SO-8N型SI4420103010 SO-8N型A27009307.3 SO-8N型IRF78078.330 SO-8N型SI48127.33028 SO-8N型SI9410 6.93050 SO-8N型IRF731363029 SO-8P型SI440517307.5 SO-8P型STM4439A143018 SO-8P型FDS667913309 SO-8P型SI441113308 SO-8P型SI446312.32016 SO-8P型SI44071230 SO-8P型IRF7424113013.5 SO-8P型IRF7416103020 SO-8P型IRF7416Q103020 SO-8P型SI442593019 SO-8P型IRF74248.83022 SO-8P型SI443583020 SO-8P型SI4435DY83020 SO-8P型A271673011.3 SO-8P型IRF7406 5.83045 SO-8P型SI9435 5.33050 SO-8P型IRF7205 4.63070 TO-252N型FDD668884305 TO-3N型IRF1504010055 TO-220N型IRF370321030 2.8 TO-220N型IRL3803140306 TO-220N型IRF140513155 5.3 TO-220N型IRF3205110558 TO-220N型BUZ111S80558 光耦选型经典指南 一、文档说明： 针对光偶选型，替代，采购，检测及实际使用过程中出现的光偶特性变化引起的产品失效问题，提供指导。 光耦属于易失效器件，选型和使用过程中要特别的小心。 目前发现，因光偶的选型，光偶替代，光偶工作电流，工作温度设计不当等原因导致产品出现问题，如何减少选型，设计，替代导致的产品问题，这里将制订出相关指导性规范。 二、原理介绍： 光电偶合器件（简称光耦）是把发光器件（如发光二极体）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，通过光线实现耦合构成电—光和光—电的转换器件。光电耦合器分为很多种类，图1所示为常用的三极管型光电耦合器原理图。 当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极体通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，CE导通；当输入端无信号，发光二极体不亮，光敏三极管截止，CE不通。对于数位量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“ 0”。若基极有引出线则可满足温度补偿、检测调制要求。这种光耦合器性能较好，价格便宜，因而应用广泛。 图一最常用的光电耦合器之内部结构图三极管接收型 4脚封装 图二光电耦合器之内部结构图三极管接收型 6脚封装 图三光电耦合器之内部结构图双发光二极管输入三极管接收型 4脚封装 图四光电耦合器之内部结构图可控硅接收型 6脚封装 图五光电耦合器之内部结构图双二极管接收型 6脚封装 光电耦合器之所以在传输信号的同时能有效地抑制尖脉冲和各种杂讯干扰，使通道上的信号杂讯比大为提高，主要有以下几方面的原因： （1）光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为105～106Ω。据分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，但馈送到光电耦合器输入端的杂讯电压会很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极体发光，从而被抑制掉了。 （2）光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地；之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此回路一边的各种干扰杂讯都很难通过光电耦合器馈送到另一边去，避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。 （3）光电耦合器可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。 （4）光电耦合器的回应速度极快，其回应延迟时间只有10μs左右，适于对回应速度要求很高的场合。 内部结构图及 CTR 的计算方法： 规格定义 CTR：Ice/I F *100% (检测条件：I F =5 ma Vce=5V, 2701，2801 系列) MOS管选型指导 正确选择MOS管是很重要的一个环节，MOS管选择不好有可能影响到整个电路的效率和成本，了解不同的MOS管部件的细微差别及不同开关电路中的应力能够帮助工程师避免诸多问题，下面我们来学习下MOS管的正确的选择方法。 第一步：选用N沟道还是P沟道 为设计选择正确器件的第一步是决定采用N沟道还是P沟道MOS管。在典型的功率应用中，当一个MOS管接地，而负载连接到干线电压上时，该MOS管就构成了低压侧开关。在低压侧开关中，应采用N沟道MOS管，这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。当MOS管连接到总线及负载接地时，就要用高压侧开关。通常会在这个拓扑中采用P 沟道MOS管，这也是出于对电压驱动的考虑。 要选择适合应用的器件，必须确定驱动器件所需的电压，以及在设计中最简易执行的方法。下一步是确定所需的额定电压，或者器件所能承受的最大电压。额定电压越大，器件的成本就越高。根据实践经验，额定电压应当大于干线电压或总线电压。这样才能提供足够的保护，使MOS管不会失效。就选择MOS管而言，必须确定漏极至源极间可能承受的最大电压，即最大VDS。知道MOS管能承受的最大电压会随温度而变化这点十分重要。设计人员必须在整个工作温度范围内测试电压的变化范围。额定电压必须有足够的余量覆盖这个变化范围，确保电路不会失效。设计工程师需要考虑的其他安全因素包括由开关电子设备(如 电机或变压器)诱发的电压瞬变。不同应用的额定电压也有所不同；通常，便携式设备为20V、FPGA电源为20～30V、85～220VAC应用为450～600V。 第二步：确定额定电流 第二步是选择MOS管的额定电流。视电路结构而定，该额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。与电压的情况相似，设计人员必须确保所选的MOS管能承受这个额定电流，即使在系统产生尖峰电流时。两个考虑的电流情况是连续模式和脉冲尖峰。在连续导通模式下，MOS管处于稳态，此时电流连续通过器件。脉冲尖峰是指有大量电涌(或尖峰电流)流过器件。一旦确定了这些条件下的最大电流，只需直接选择能承受这个最大电流的器件便可。 选好额定电流后，还必须计算导通损耗。在实际情况下，MOS管并不是理想的器件，因为在导电过程中会有电能损耗，这称之为导通损耗。MOS管在“导通”时就像一个可变电阻，由器件的RDS(ON)所确定，并随温度而显著变化。器件的功率耗损可由Iload2×RDS(ON)计算，由于导通电阻随温度变化，因此功率耗损也会随之按比例变化。对MOS管施加的电压VGS越高，RDS(ON)就会越小；反之RDS(ON)就会越高。对系统设计人员来说，这就是取决于系统电压而需要折中权衡的地方。对便携式设计来说，采用较低的电压比较容易(较为普遍)，而对于工业设计，可采用较高的电压。注意RDS(ON)电阻会随着电流轻微上升。关于RDS(ON)电阻的各种电气参数变化可在制造商提供的技术资料表中查到。 技术对器件的特性有着重大影响，因为有些技术在提高最大VDS时往往会使RDS(ON)增大。对于这样的技术，如果打算降低VDS和RDS(ON)，那么就得增加晶片尺寸，从而增加与之配套的封装尺寸及相关的开发成本。业界现有好几种试图控制晶片尺寸增加的技术，其中最主要的是沟道和电荷平衡技术。 在沟道技术中，晶片中嵌入了一个深沟，通常是为低电压预留的，用于降低导通电阻RDS(ON)。为了减少最大VDS对RDS(ON)的影响，开发过程中采用了外延生长柱/蚀刻柱工艺。例如，飞兆半导体开发了称为SupeRFET的技术，针对RDS(ON)的降低而增加了额外的制造步骤。这种对RDS(ON)的关注十分重要，因为当标准MOSFET的击穿电压升高时，RDS(ON)会随之呈指数级增加，并且导致晶片尺寸增大。SuperFET工艺将RDS(ON)与晶片尺寸间的指数关系变成了线性关系。这样，SuperFET器件便可在小晶片尺寸，甚至在击穿电压达到600V的情况下，实现理想的低RDS(ON)。结果是晶片尺寸可减小达35%。而对于最终用户来说，这意味着封装尺寸的大幅减小。 第三步：确定热要求 选择MOS管的下一步是计算系统的散热要求。设计人员必须考虑两种不同的情况，即最坏情况和真实情况。建议采用针对最坏情况的计算结果，因为这个结果提供更大的安全余量，能确保系统不会失效。在MOS管的资料表上还有一些需要注意的测量数据；比如封装器件的半导体结与环境之间的热阻，以及最大的结温。 光耦选型指南（1） 1.0.目的： 针对光偶选型，替代，采购，检测及实际使用过程中出现的光偶特性变化引起的产品失效问题，提供指导。 2.0.适用范围： 本指导书适用于瑞谷光偶的设计，选型，替代等。 3.0.说明： 目前发现，因光偶的选型，光偶替代，光偶工作电流，工作温度设计不当等原因导致产品出现问题，如何减少选型，设计，替代导致的产品问题，这里将制订出相关指导性规范。 4.0.内部结构图及CTR 的计算方法： ●规格定义CTR：Ice/I F*100% (检测条件：I F =5 ma Vce=5V, 2701，2801系列) 5.0.光偶主要特性分析，设计选型替代要求: 5.1外观尺寸： 设计，选型，替代注意： ●封装正确，本体MARK字迹要清晰，品牌正确，与技术规格书一致； ●替代时，如都为标准件封装，基本上装配没有问题，但需注意厚度是否与原料 相同，是否满足整机的工艺要求。 5.2不同输入控制电流I F，CTR 值不同； ●由图表显示，IF在5-15ma时CTR值最大；在小于5mA时(目前我们产品设计大 多如此)，CTR值一般小于正常额定规格值； ●附加Cosmo KPS2801-B 实测数据： ●评注：IF不同，CTR不同，且差异非常大；不同DATECODE的也有差异，但在IF=5ma时， CTR值都在规格（130-260）范围内； ●设计，选型，替代注意：设计时工作电流应接近来料的检测电流值（目前大多 IF=5ma）,否则应用的CTR值无法保证，产品动态性能将很差； 5.3不同环境温度，CTR 值不同； ●由图表显示，CTR 值与光偶的工作环境有关，温度太高或太低都小于常温附近 的检测值； ●附加Cosmo KPS2801-B 实测数据（单体）： CE F ●评注：温度不同，CTR不同，温度太高或太低都低于常温，且差异很大； ●设计，选型，替代注意：产品在高低温CTR的值是否满足产品反馈环路的增 益？产品动态稳定吗？开关机，输出是否产生震荡掉沟等不良， 5.4光偶有RL阻值大小及工作频带带宽要求； 光耦参数的理解 摘要：分析光耦各个指标参数的含义,以及日常设计中的注意事项,涉及CTR和延时。 关键字：光耦 CTR 延时 1 引言 光耦作为一个隔离器件已经得到广泛应用，无处不在。一般大家在初次接触到光耦时往往感到无从下手，不知设计对与错，随着遇到越来越多的问题，才会慢慢有所体会。 本文就三个方面对光耦做讨论：光耦工作原理；光耦的CTR概念；光耦的延时。本讨论也有认识上的局限性，但希望能帮助到初次使用光耦的同事。 1 理解光耦 光耦是隔离传输器件，原边给定信号，副边回路就会输出经过隔离的信号。对于光耦的隔离容易理解，此处不做讨论。 以一个简单的图（图.1）说明光耦的工作：原边输入信号Vin，施加到原边的发光二极管和Ri上产生光耦的输入电流If，If驱动发光二极管，使得副边的光敏三极管导通，回路VCC、RL产生Ic,Ic经过R L产生Vout，达到传递信号的目的。原边副边直接的驱动关联是CTR（电流传输比），要满足Ic≤If*CTR。 图.1 光耦一般会有两个用途：线性光耦和逻辑光耦，如果理解？ 工作在开关状态的光耦副边三极管饱和导通，管压降<0.4V，Vout约等于Vcc（Vcc-0.4V 左右），Vout大小只受Vcc大小影响。此时Ic 对于光耦开关和线性状态可以类比为普通三极管的饱和放大两个状态。 比较项目光耦三极管 电路图 前级电流If(=(Vin-1.6)/Ri)Ib(=(Vin-0.6)/Ri) 电流限制条件 Ic ≤ CTR*If Ic ≤β* Ib 理解：If确定，光耦副边电流通道大小 确定，实际的Ic不能大于该通道 理解：Ib确定，三极管副边电流通道大 小确定，实际的Ic不能大于该通道饱和/开关状态 当R L阻值大时，Vcc/R L < CTR*If 光耦导通时，Vout ~= 0 V 当R L阻值大时，Vcc/R L <β* Ib 三极管导通时，Vout ~= 0 V 放大/线性状态 当R L阻值小时，Vcc/R L > CTR*If 此时，光耦副边会提高光敏三极管的导 通压降，限制实际的Ic在电流通道内 (Ic = CTR*If)。光耦导通时，Vout输 出大小与Vin有线性关系。 当R L阻值小时，Vcc/R L >β* Ib 此时，三极管会提高管压降，限制实际 的Ic在电流通道内(Ic =β* Ib)。三 极管导通时，Vout输出大小与Vin有线 性关系。 所以通过分析实际的电路，除去隔离因素，用分析三极管的方法来分析光耦是一个很有效的方法。此方法对于后续分析光耦的CTR参数，还有延迟参数都有助于理解。 2光耦CTR 概要：1)对于工作在线性状态的光耦要根据实际情况分析；2)对于工作在开关状态的光耦要保证光耦导通时CTR有一定余量；3)CTR受多个因素影响。 2.1 光耦能否可靠导通实际计算 举例分析，例如图.1中的光耦电路，假设 Ri = 1k,Ro = 1k,光耦CTR= 50%，光耦导通时假设二极管压降为1.6V，副边三极管饱和导通压降Vce=0.4V。输入信号Vi是5V的方波，输出Vcc是3.3V。Vout能得到3.3V的方波吗？ 我们来算算：If = (Vi-1.6V)/Ri = 3.4mA 副边的电流限制：Ic’≤ CTR*If = 1.7mA 假设副边要饱和导通，那么需要Ic’ = (3.3V – 0.4V)/1k = 2.9mA，大于电流通道限制，所以导通时，Ic会被光耦限制到1.7mA， Vout = Ro*1.7mA = 1.7V几种常用的光耦反馈电路应用
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