Current transfer ratio оптопары что это

Current transfer ratio оптопары что это

Казалось бы, ерунда … но информации крайне мало.

Немного о самих оптопарах , которые на английском называются Optocoupler – оптопара , ( Optically Coupled Isolator – изолированная оптопара ).

Транзистор в оптопаре может быть составным. Существует три основных конструкции одинарных оптопар (бывают сдвоенные, строенные и счетверенные). Четырехвыводные оптопары практически все одинаковы, а шестивыводные бывают без и с подключенным выводом базы.

Основным параметром оптопары яляется своего рода коэффициент передачи тока. Это отношение изменения тока через транзистор при изменении тока через диод. Обычно этот параметр измеряется при токе диода 10mA, и составляет от 70 до более 600. Обозначается CTR – Current Transfer Ratio .

4N25, 4N26, 4N27, 4N28, 4N35, 4N36, 4N37, CQY80N, H11A1, H11A2, H11A3, H11A4, H11A5, PC110, PC112, SFH601, SFH606, АОТ 127, АОТ 128

PC113, PC111, TCDT1100

LTV817, PC120, PC121, SFH610, SFH617, TLP621, TLP721

Немного практики

Оптопара блока питания – наибол ее уя звимое место при грозовом разряде, так как это наиболее короткий путь от антенны к сетевым проводам, один из которых является землей.

При ремонте аппаратуры часто возникает вопрос о исправности оптопары . Для быстрой проверки достаточно к панельке для микросхем припаять пару проводов и резистор. Все это подключить к блоку питания. Проверка производилась при пропускании через излучаемый светодиод ток 10mA. Измерения производились цифровым омметром.

Другой способ проверки – измерить как обычный транзистор. В качестве базы к измерителю подключается анод диода, катод диода соединяется с эмиттером.

В качестве заменителя импортных оптопар можно рекомендовать АОТ128

Current transfer ratio оптопары что это

ПРИБОР ДЛЯ ПОДБОРА КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ ОПТОПАР ПО ТОКУ( CTR )

Одним из важнейших параметров оптопар , является коэффициент передачи по току, для транзисторов этот параметр называется коэффициент усиления. В зарубежной литературе он обозначается как CTR , и измеряется в % . Этот параметр обуславливает при каком I вх (входной ток) мы сможем получить I вых (выходной ток). Ни все к сожалению обращают внимание на этот наиважнейший параметр, а ведь это может привести от снижения надёжности устройства к его полной неработоспособности.

Устройство состоит из стабилизированного блока питания, FU 1, T 1, VD 1- VD 4, C 1, C 2, D 1, измерительной цепи R 1- R 3, P 1, P 2 и собственно измеряемого оптрона VS 1, Рис 1 .

Измерение начинаем с установки начального тока через светодиод оптопары , при помощи резистора R 1. При этом прибор P 1 будет показывать его значение. Разные фирмы указывают справочные данные при разном входном токе. По мнению автора оптимальным входным током для оптронов малой мощности можно считать 5ма. Нагрузкой оптопары служит резистор R 3, а прибор P 2 будет указывать выходной ток . Для приведения данного тока к общепринятому коэффициенту CRT , применим формулу CRT =( I вых *100)/ I вх , или CRT (%)=( P 2( ma )*100)/ P 1( ma ).

В устройстве был использован промышленный трансформатор T 1, типа ТПГ1-9в, который можно заменить на любой маломощный с выходным напряжением 7-10 вольт. Диоды VD 1- VD 4 любые выпрямительные на ток 0,1-1ампер и напряжение выше 50 вольт. Микросхему стабилизатора 7805 можно заменить на 7806. Миллиамперметры P 1, P 2 на ток 50-100ма. В принципе в измерителе вместо миллиамперметров можно использовать цифровые мультиметры . А вместо схемы стабилизированного блока питания лабораторный источник напряжения на 5-6 вольт.

В качестве испытуемого были использован оптроны PC 817 с индеками A , B , C , D . Можно испытывать и оптроны с отводом от базы, необходимо только соединить базу с эмиттером через резистор либо напрямую в зависимости от схемы применения.

Убедитесь в правильном выборе тока светодиода вашего оптоизолятора

В изолированных источниках питания для передачи сигнала обратной связи через изолирующий барьер используются оптроны. Внутри оптрона размещаются светодиод и фотодетектор. Ток, идущий через светодиод, приводит к появлению пропорционального тока в фотодетекторе. Коэффициент передачи тока (current transfer ratio – CTR) определяется как отношение токов фотодетектора и светодиода и обычно имеет очень большой разброс. Конструируя цепь изолированной обратной связи, необходимо учитывать разброс параметров оптоизолятора и всех других компонентов, определяющих большой коэффициент усиления сигнала. Пренебрежение этой задачей может легко привести к возврату после запуска вашего продукта в массовое производство.

Наиболее распространенная схема изолированной цепи обратной связи показана на Рисунке 1. Микросхема TL431 содержит усилитель ошибки и источник опорного напряжения. Выходное напряжение устанавливается резистивным делителем R3, R5 и внутренним опорным источником микросхемы TL431. Изменяя напряжение на входе обратной связи контроллера ШИМ, цепь обратной связи управляет мощностью, поступающей на выход источника питания. При смещении V_OUT вверх катод TL431 отдает оптоизолятору больше тока, и напряжение обратной связи V_FB становится ниже. Когда V_OUT смещается вниз, катодный ток TL431 уменьшается, и напряжение обратной связи увеличивается.

Рисунок 1.

Такая схема формирования сигнала обратной связи чаще всего используется в изолированных источниках питания.

Правильно сконструированная схема должна быть способна гарантированно управлять входом обратной связи контроллера во всем рабочем динамическом диапазоне при наихудшем сочетании возможных допусков и разбросов параметров всех главных компонентов.

Первым делом необходимо определить рабочий динамический диапазон напряжения на выводе обратной связи контроллера. Все контроллеры отличаются друг от друга, поэтому в каждом случае потребуется обращение к справочной документации. В качестве примера предположим, что для управления прямоходовым преобразователем с активным ограничением мы используем микросхему ШИМ-контроллера UCC2897A. Глядя в раздел «Подробное описание выводов» технического описания UCC2897A, мы видим, что при напряжении 2.5 В на входе обратной связи коэффициент заполнения ШИМ равен нулю, а при напряжении 4.5 В коэффициент заполнения максимален. UCC2897A содержит также источник опорного напряжения 5 В (вывод V_REF), к которому можно подключить нагрузочный резистор R6 фототранзистора оптрона, изображенного на Рисунке 1. Минимальное значение опорного напряжения равно 4.75 В, а максимальное – 5.25 В. Рассчитать требуемый диапазон токов транзистора оптрона, в предположении, что сопротивление резистора R6 равно 1 кОм ±1%, можно с помощью формул (1) и (2):

Из этих расчетов следует, что схема должна быть способна пропускать через R6 ток от 0.25 мА до 2.78 мА. При выборе соответствующего сопротивления резистора R2 напряжение на катоде TL431 может достигать достаточно высокого уровня, при котором поступление тока в светодиод прекратится. Таким образом, минимальный ток R6 гарантируется конструкцией схемы, и остается побеспокоиться о том, как обеспечить максимальный ток R6.

Рисунок 2.

Зависимость CTR оптоизолятора от температуры.

На втором шаге необходимо рассчитать CTR оптрона для наихудшего случая. Оптроны с цифрами «817» в обозначении типа предлагаются многими производителями. Все они совместимы друг с другом по выводам и отличаются только префиксами. В Таблице 1 в качестве примера приведены диапазоны CTR для различных групп оптронов 817, маркируемых однобуквенными суффиксами в конце обозначения. Приведенные в таблице данные справедливы при температуре 25 °C для прямого тока светодиода 5 мА. Показанные на Рисунках 2 и 3 графики зависимостей CTR от окружающей температуры и тока светодиода взяты из справочной документации.

Рисунок 3.

Зависимость CTR оптоизолятора от тока светодиода.

Предположим, что ваш источник питания должен работать в диапазоне температур от –40 °C до 85 °C. На основании Рисунка 2 определяем, что для температуры 85 °C минимальное значение CTR нужно умножить приблизительно на 0.7. Если вы выбрали оптрон 817 группы «A», минимальное значение CTR теперь будет равно всего 56%. Деление результата, полученного из формулы (1), на 0.56 показывает, что без учета зависимости CTR от тока, максимальный ток, который может потребоваться светодиоду, составляет, по крайней мере, 4.96 мА. Впрочем, как видно из Рисунка 3, пологий характер графика при 4.96 мА позволяет этой зависимостью пренебречь.

Суффикс в обозначении прибора	Минимальный CTR	Максимальный CTR
A	80%	160%
B	130%	260%
C	200%	400%
D	300%	600%
Нет	80%	600%

Третий, и последний шаг – выбор такого значения сопротивления R1, чтобы тока TL431 при любых условиях хватало для управления оптроном. Минимальное напряжение на катоде TL431 равно 2.5 В, а прямое падение напряжения на светодиоде оптрона может достигать 1 В. Используя эти параметры, рассчитаем максимальное значение R1 с помощью формулы (3):

При использовании резистора R1 с сопротивлением более 1.7 кОм выходного тока TL431 для поддержания режима стабилизации может оказаться недостаточно. Тогда выходное напряжение будет продолжать рост до тех пор, пока светодиод оптрона не получит необходимое количество тока. Это приведет к перенапряжению на выходе, и, скорее всего, произойдет при более высоких температурах.

Проблемы разброса параметров часто упускают из виду на этапе проектирования. Источники питания из опытной партии легко могут пройти выходной контроль, а неприятности возникнут позже, когда потребители начнут возвращать продукцию. Следуя описанной здесь простой процедуре расчета, вы можете сэкономить деньги своей компании и не огорчить ее клиентов.

Материалы по теме

1. Datasheet Texas Instruments TL431
2. Datasheet Texas Instruments UCC2897A
3. Datasheet Sharp Microelectronics PC817
4. Datasheet Everlight EL817

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Current transfer ratio оптопары что это

Определение и области использования

Оптопара – это оптико-электронный прибор, содержащий в своем составе оптически связанные источник и приемники оптического излучения (рисунок OC.1). Источником является светодиод, приемником – фотодиод иди фототранзистор. Чаще всего оптопары, используют для передачи сигнала между гальванически развязанными цепями.

Итак, функции оптопар:

— передача аналогового сигнала обратной связи при обеспечении гальванической развязки;

— передача цифрового сигнала при обеспечении гальванической развязки.

Кроме этого некоторые экзотические типы оптопар могут использоваться в качестве нетрансформатрного гальванически развязанного источника питания малой мощности или для непосредственного, но медленного управления затвором MOSFET (например оптопары с фотоэлектрическим выходом TLP590B).

Оптопары в зависимости от области применения делятся на несколько типов:

— с высоким быстродействием;

— оптопары с изолирующим усилителем (операционный усилитель);

— оптопары с мощным выходным усилителем, используемые в качестве драйверов силовых ключей.

В одном корпусе может содержаться одна или несколько оптопар.

Оптопары, содержащие в качестве приемника фоторезистор в настоящее время практически не используются. Наиболее распространены оптопары в качестве приемника в которых используется фототранзистор. Оптопары на основе фотодиода используются существенно реже по причине малого коэффициента передачи по току и соответственно необходимости усиления выходного сигнала.

Основные параметры оптопар

1. Максимальное напряжение изоляции (Isolation test voltage) V_ISO – максимальное напряжение между светодиодом и фотоприемником расположенными внутри корпуса оптопары.

2. Максимальное обратное напряжение на входе оптопары (Reverse voltage (input) ) V_R — максимальное обратное напряжение прикладываемое к светодиоду оптопары.

3. Максимальный средний входной ток оптопары (Forward current) I_F – максимальная величина среднего тока через входной диод оптопары.

4. Максимальный импульсный входной ток оптопары (Surge current) I_FSM — максимальная величина импульсного тока через входной диод оптопары. При этом обычно указывается максимальная длительность импульса.

5. Максимальная рассеиваемая светодиодом мощность (Power dissipation) P_diss – максимальная мощность, рассеиваемая светодиодом оптопары.

6. Максимальное напряжение на коллекторном переходе оптопары (Collector emitter breakdown voltage) BV_CEO – максимальное напряжение между коллектором и эмиттером оптопары. В оптопарах с интегрированным выходным усилителем – это максимальное напряжение питания оптопары.

7. Максимальное обратное напряжение эмиттер-база выходного транзистора оптопары (Emitter base breakdown voltage) V_CEO — максимальное обратное напряжение перехода эмиттер-база выходного транзистора оптопары. Этот параметр применим только к оптопарам с выведенным выводом базы фототранзистора.

8. Максимальный средний ток коллектора (Collector current) I_C — максимальная величина среднего тока коллектора выходного транзистора оптопары.

9. Максимальная рассеиваемая фототранзистором мощность (Power dissipation) P_diss – максимальная мощность, рассеиваемая фототранзистором оптопары.

10. Расстояние утечки (Creepage distance) – расстояние между проводниками печатной платы при котором обеспечивается заявленное напряжение изоляции V_ISO.

11. Безопасное расстояние (Clearance distance) — расстояние между оптопарой и другими элементами устройства при котором обеспечивается заявленное напряжение изоляции V_ISO.

12. Толщина изоляции между светодиодом и фотоприемником оптопары (Isolation thickness between emitter and detector) — Толщина изоляции между светодиодом и фотоприемником оптопары.

13. Сопротивление изоляции (Isolation resistance) R_IO – сопротивление изоляции между излучателем и фотоприемником оптопары при заданной температуре.

14. Входная емкость (Input capacitance) C_O – входная емкость светодиода оптопары.

15. Максимальное напряжение на переходе коллектор-база (Collector base breakdown voltage) BV_CBO – максимальное напряжение между коллектором и базой оптопары.

16. Темновой ток между коллектором и эмиттером оптопары (Collector emitter dark current) I_CEO — ток между коллектором и эмиттером оптопары при условии нулевого тока светодиода.

17. Темновой ток между коллектором и базой оптопары (Collector base dark current) I_CBO — ток между коллектором и базой оптопары при условии нулевого тока светодиода.

19. Выходная емкость коллектор-эмиттер (Collector emitter capacitance) C_CE – емкость между коллектором и эмиттером оптопары.

20. Напряжение насыщения перехода коллектор-эмиттер (Saturation voltage, collector emitter) V_CE(sat) – минимальное значение напряжения коллектор-эмиттер фототранзистора в открытом состоянии

21. Проходная емкость оптопары (Capacitance input-output) C_IO – емкость между входом и выходом оптопары.

22. Коэффициент передачи по постоянному току (DC current transfer ratio) CTR_DC – отношение входного тока оптопары (тока через светодиод) к выходному току (току фототранзистора). Это один из наиболее важных параметров оптопары, часто используемый в практических расчетах. Оптопары одной серии классифицируются по этому параметру.

23. Время спада и нарастания сигнала (Rise and fall times) t_r, t_f – динамические характеристики оптопары, определяющие её быстродействие.

Типовые схемы включения оптопар

«Коллекторное» и «эмиттерное» включение оптопар

Типовые схемы включения оптопар представлены на рисунках OC.2- OC.3. Нагрузочный резистор оптопары может быть подключен как к коллектору так и к эмиттеру. При подключении к коллектору выходной сигнал оптопары инвертируется, при подключении к эмиттеру — нет. С использованием данных схем можно передавать как цифровой, так и аналоговый сигнал. Быстродействие определяется прежде всего типом используемых оптопар и величинами резисторов в обвязке. С уменьшением их сопротивления скорость переключения возрастает за счет уменьшения постоянной времени образованной паразитными емкостями светодиода и фототранзистора и резисторами внешней цепи.

Увеличение выходного тока оптопар

Максимальный выходной ток оптопары ограничен «даташитными» значениями. С целью его увеличения используют транзисторные усилители (рисунок OC.3) [Фоточувствительные приборы и их применение. Кайдалов С.А. Радио и связь. Серия МРБ. 1991. 112 с.].

Логическое «И» на оптопарах

С помощью нескольких оптопар можно реализовать схему логического «И» или аналогового сумматора (рисунок OC.4). Эта схема может найти применение при построении цепей обратной связи источников питания, когда необходимо обеспечить обратную связь (причем аналоговую) по нескольким параметрам одновременно – например, по току и по напряжению.

Некоторые особенности оптопар

Внутренний экран оптопары

Кроме оптической связи входные и выходные цепи оптопары имеют емкостную связь. Вследствие этого при большой скорости роста напряжения между светодиодной и фототранзисторной частями оптопары возможно ложное приоткрывание фототранзистора вследствие наведенного емкостного тока. Для борьбы с этим эффектом в структуру оптопары вводят экран (рисунок OC.5) предотвращающий появление ёмкостного тока.