光耦隔离驱动设计及计算.docx

案例名称光耦隔离驱动电路设计及计算作者姓名作者部门写作日期联系电话
关键词：光耦隔离驱动传输比（CTR）IfIc

TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc238023365"【问题描述】： PAGEREF_Toc238023365\h1
HYPERLINK\l"_Toc238023366"【问题分析】 PAGEREF_Toc238023366\h1
HYPERLINK\l"_Toc238023367"【优化方案】 PAGEREF_Toc238023367\h3
HYPERLINK\l"_Toc238023368"【收获】 PAGEREF_Toc238023368\h3
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【问题描述】：
监控类产品中中经常要用到光耦隔离电路，例如CAN、485，232等通信电路，或者是信号输入输出隔离电路等。我们在设计中要根据光耦的几个主要参数，仔细计算光耦原副边的电路参数。否则可能导致电路功能异常。下面就某个市场问题展开分析。
山东基站的IPLU0006出现如下问题，将IPLU0006的串口6（485通道）与智能设备IPLU1501相连，前置机中显示IPLU1501往往通讯正常一段几分钟之后，即通讯异常。而将设备断电重启后，通讯正常一段时间后设备又会出现通讯异常，如此反复。
【问题分析】
对现场寄回来的样机进行分析，发现是由于电路设计是裕量不足引起。
具体分析如下：
=1\*GB3①下图为RS485电路中前端的光耦隔离部分，其中红色选中部分为收发控制电路部分。CPU发出的控制信号经过缓冲驱动后经光藕隔离，控制通信芯片的收发控制端。这里原边上拉电阻为2k，副边上拉电阻为4.7k。

当RTS2输出为低电平时（0.2V）时，光耦饱和导通。ADM483的收发控制段被拉低，收发控制端一直箝位在低电平而保持为接收状态。当RTS2输出为高电平时（3.3V）时，光耦断开，ADM483的收发控制段被拉高而保持为发送状态。
由于485为总线制，总线上可能有多个智能设备，所以对于同一时刻，总线上只能有一台设备处于发送状态，而其他的设备都处于接收状态。对于485电路缺省状态，应该为接收状态，避免从机初始化过程或故障时，影响总线的正常功能。
通过示波器对故障样机的各个波形进行测量，首先发现只有总线AB端只有主设备的数据发出，而从设备没有响应。检测收发控制端口的波形时发现，当其需要低电平将电路嵌位在接收状态时。该电压较高接近2V。这会导致主设备一直处于发送状态，整个总线都会出现通讯异常。说明光耦并没有工作在预想的饱和状态下，而是工作在放大状态。
设备断电一段时候后重启能够正常工作一段时间，是因为光耦的传输比受温度的影响比较大。当设备刚刚启动时，系统温度还不是特别高，所以传输比CTR相对较大。而工作一段时间后，温度上来后，传输比CTR下降（经过计算此时的光耦传输比不到60%），光耦没法工作在饱和状态，副边电压升高，电路工作不正常。
原有的电路计算如下：
Vce=0.2V,Ic=(5-0.2)/4.7K=1.021mA,If=(3.3-1.2)/2K=1.05mA
If是否满足要求:
Ifx=Ic/CTRmin=1.021mA/100%=1.021mA
If>Ifx
按照公司的降额规范，要审查集电极电压Vce和集电极的平均电流Icav应该满足75％的降额要求。
结论:Pass
注:CTRmin=100%

与物料品质部的同事沟通后，才知道光耦传输比虽然宣称范围是100%-300%，但其是在温度为25度，If为5mA时的结果。当温度升高，或是If为1mA时，其传输比会下降很多。其测量的结果如下。
对于本次失效的PS2701，高低温下不同IF下的CTR测量情况如下：
正常品：

失效样品：

该光耦的datesheet中有如下资料：

由上图可以得出
=1\*GB3①原边电流If与传输比CTR系数之间的关系如下
If电流传输比CTR系数1mA0.572mA0.773mA0.884mA0.965mA1
=2\*GB3②而光耦会工作在（-10～60摄氏度）下，由Ta-CTR关系图可知，－10度时的CTR与25度下的CTR持平，60度时的CTR时25度下CTR的0.9倍左右。但是物料品质部同事实测出的结果表明却表明，CTR受温度的影响远不在此。58度时的CTR只是25度下CTR的0.7倍左右。可见CTR受温度的影响非常大。
结论
公司的降额指导书中提到如下两点：
A.因光耦传输常量分散性较大，在电路设计时一定要