光耦全稱光耦合器(opticalcoupler),它是以光為媒介來傳輸電信號的器件,輸入與輸出之間除了光束外無其它任何連接,完全隔離。在數字電路應用廣泛。
根據輸出類型一般有如下幾類:晶體管輸出、高速集成電路輸出、三端雙向可控硅輸出和光控繼電器。在電路設計中以晶體管輸出和高速集成電路輸出使用居多,本次測試的光耦選用這兩類為樣品。
光耦的響應頻率與光耦的打開關閉速度即上升沿與下降沿時間有關,其中上升沿與光耦的輸入電流有關,輸入電流越大,上升沿越短。下降沿與光耦的輸出負載有關,負載越重電流釋放越快,下降沿也越長。
本測試使用的電路如下:
圖1
輸入信號由FPGA提供,高電平3.3V,輸出為24V系統。考慮到光耦輸入很多是由單片機之類的提供,其驅動電流有限,最大的也就十幾毫安,因此測試是選用10mA的輸入電流,因不同光耦的壓降不同,需通過可調電位器R2進行微調。一般晶體管輸出(不包括達林頓輸出,關于該類型光耦后文有討論)的光耦輸出電流可到50mA,在測試中我們在輸出端串上一只1k的電阻,然后施加24V的電壓,此時的負載電流約23mA,接近標稱值的一半。
測試樣品:TLP521-1,PS2801-1,PS2805-1,TLP127,TLP181,HCPL0601
測試使用頻率分檔:40M、20M、10M、8M、6.15M、4M、2M、1M、800K、615K、400K、200K、100K、80K、61.5K、40K、20K、10K、8K、6.15K、4K、2K、1K
測試結果:
光耦型號 | 通過頻率 | 上升時間 | 下降時間 |
TLP521-1 | 61.5KHz | 3us | 4us |
PS2801-1 | 40KHz | 5us | 6us |
PS2805-1 | 40KHz | 3us | 5us |
TLP127 | 2KHz | 1us | 100us |
TLP181 | 61.5KHz | 2us | 3us |
HCPL0603 | 8MHz | 36ns | 6ns |
測試過程中的截圖如下
TLP521-1 | |
PS2801-1 | |
PS2805-1 | |
TLP127(2K) | |
TLP127(4K) | |
TLP181 | |
HCPL0601 |
測試中發現TLP127的關閉時間很長,該光耦為達林頓管輸出,其原因可能是由于達林頓管的輸出電流能力較強,最大可達150mA,而我們測試電路的負載較小,輸出端瀉電流較慢,導致電平保持時間、關斷時間等都很長。在4K波形中可以看到,電流尚未來得及完全釋放下一個上升沿即已經開始,此時的信號輸出已經無法正常使用。芯片手冊上給出的參數亦是如此,在典型電路的測試中(詳情請參閱廠家的數據手冊)關斷時間達到80us,因此在使用該類型光耦是要注意。HCPL0601為高速集成電路輸出光耦,因此可使用頻率相當高,測試中甚至可達到20MHz的極限頻率。
從測試結果上來看,同種類型的光耦性能相差不大,基本上可以互用。本次測試只是在一個固定的輸入電流與輸出負載下進行的,這些因素也會對光耦的性能有較大影響,后期將會繼續進行輸入電流、輸出負載這些因素與光耦性能之間的關系,敬請期待。
?