對于開發(fā)工程師來說，看芯片的技術(shù)手冊是基本功，本例就以光耦的電路為例來講解一下基本的電路設(shè)計過程。

光耦介紹

光耦常用于電氣隔離，以免外部進(jìn)來的信號中混有高壓，大電流等脈沖，燒壞我們自己的電路或芯片。比如422，485，CAN，或室外的可能遇到雷擊的各種傳感器和線路，與設(shè)備連接時，通常都會用到光耦。光耦比較簡單，外圍電路也不多，最簡單的光耦外部電路只有2，3個電阻，但這2，3個電阻的取值卻是有講究的，很多工程師不明所以，隨便抄一個電路，雖然大概率也能用，但往往都不能讓芯片工作在正確的狀態(tài)下。

光耦電路

本例以TLP109為例，這是一個5腳光耦，等效電路如下：

左側(cè)是一個發(fā)光二極管，右腳是一個光電二極管加三極管。外圍有2個電阻。有些光耦右邊的二極管要加二極管限流。那樣就是外圍3個電阻。
有些光耦是沒有右邊那個二極管的，直接就是一個光電三極管檢測電流，那樣外圍就是2個電阻。
外圍電路很簡單，如下圖：
R16為輸入二極管的限流電流，R17為輸出三極管的負(fù)載電阻。

電路的基本性能指標(biāo)

首先確定電路參數(shù)：
左邊是單片機(jī)輸出，電源是3.3V。
右邊是輸出到接口芯片，電源是5V。
左右兩邊不共地，通過DCDC隔離模塊實現(xiàn)。
CAN總線，理論最高速度1M，實際電路中用到的速度是500K

參數(shù)選取

確定負(fù)載電阻

首先需要確定的是光耦的負(fù)載，本例中光耦的負(fù)載是R17后面接的電路，這是一個CAN總線驅(qū)動器，其輸入電流是微安級別，可以認(rèn)為沒有負(fù)載，這里就按1mA負(fù)載來考慮吧。

下面開始查手冊，圖中是對數(shù)坐標(biāo)，不是普通的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)。

這個圖顯示的是在輸出為5V，輸入電流為16mA時，負(fù)載電阻與上升沿和下降沿時間的對應(yīng)關(guān)系。
tpLH是上升沿時間，tpHL是下降沿時間，由于我們要高速工作，所以選取二者交匯處附近為工作狀態(tài)，此時對應(yīng)的負(fù)載電阻為2~4K，滿足工作條件的前提下，電阻盡量大些，省功耗。
故電路取值為3.3K，對應(yīng)的上升沿為0.35us，下降沿為0.27us，CAN規(guī)范中，采樣點為85%左右，對于1M的CAN速率來說，其值都沒有超過一半的信號寬度，可以滿足工作需要。

確定負(fù)載電流

因為后續(xù)負(fù)載忽略不計，所以這里的負(fù)載電流，指的是光耦導(dǎo)通時，負(fù)載電阻上的電流。

光耦導(dǎo)通壓降按0.4V計算，負(fù)載電阻3.3K，所以負(fù)載上的電壓是4.6V，負(fù)載電流是1.4mA

這個表顯示的是輸出電流與輸入電流的對應(yīng)關(guān)系。我們看最下面那一條線，IF=5mA時，輸出電流可以最大支持3.3mA，不超過負(fù)載的1.4mA，由此確定了輸出端的負(fù)載電阻。

確定輸入電流

上圖中負(fù)載電流1.4mA對應(yīng)的發(fā)光二極管的電流為3mA以上，保險點，取5mA。

確定輸入電阻

以25度標(biāo)準(zhǔn)工作環(huán)境為例，5mA時，發(fā)光二極管的壓降約為1.5V。
電阻上的壓降為3.3-1.5=1.8V，流經(jīng)的電流為5mA，所以電阻應(yīng)該是360歐，取值360歐或330歐都是可以的。 考慮到330更常用些，所以最后確定為R6=330。

確定工作區(qū)間內(nèi)的工作狀態(tài)。

在常溫情況下，電路此時是可以工作了。但高溫或低溫的極端情況呢，還能工作嗎？
最后需要查看其他參數(shù)，主要是溫度相關(guān)的電流，電壓，功率等參數(shù)，確定參數(shù)都落在工作區(qū)間以內(nèi)。這一步必不可少，但很多工程師都不會去做這一步，造成最后設(shè)計的產(chǎn)品，測試時好好的，發(fā)到用戶手上，就會出各種各樣的問題。
對于溫度從125到-40度的工作環(huán)境，發(fā)光二極管的壓降從1.41變到1.62，對應(yīng)的電流為5.7到5.1mA。
相應(yīng)的帶負(fù)載能力都是滿足需要的，同時留出的余量也足夠在其他參數(shù)變化時，電路正常工作。
對于光耦這種溫度不敏感的元件來說，這一步不太重要，但對于功率元件來說，這一步極為重要，很可能導(dǎo)致參數(shù)會重新選擇，甚至無法滿足工作環(huán)境，而更換元件。

實測

CAN總線無法正常收發(fā)數(shù)據(jù)，觀察示波器發(fā)現(xiàn)，上升沿比較緩慢，上升時間約為5mS，這肯定不行啊，CAN總線速率500K的時候，信號周期也只有2mS啊，最后再次看芯片手冊，也就是下表

發(fā)現(xiàn)上升沿和下降沿的時間測試的條件是在輸入電流為16mA，很顯然是輸入的電流不夠，造成發(fā)光二極管發(fā)光不足，導(dǎo)致光耦開關(guān)緩慢，于是減小光耦的輸入電阻到120歐，故障解決。

結(jié)語

雖然只是2個電阻值的選取，但對于電子工程師來說，吃透電路原理是非常重要的，如果參數(shù)選擇不合適，輕則無法工作，重則工作不可靠。
是的，我沒有說反，無法工作是小問題，可以在開發(fā)階段就解決問題。而工作不可靠是大問題，很可能付出開發(fā)時間和制版費用，甚至批量生產(chǎn)以后才發(fā)現(xiàn)問題，那就投大了。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的电路设计基础--光耦接口电路的设计和参数选取--高速光耦TLP109的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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