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光電耦合器

光電耦合器對(duì)于每一個(gè)電子從業(yè)人員來(lái)說(shuō)都不陌生，得益于器件獨(dú)特的信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸機(jī)制，被廣泛地應(yīng)用在需要被電氣隔離的環(huán)境中，從而增強(qiáng)抗干擾能力以及增加工作的穩(wěn)定性。

在一些高精度信號(hào)的傳輸場(chǎng)景中，對(duì)光耦的傳輸速率有著較高的要求，但是市面上很多的光耦器件存在著傳輸延遲問題，開關(guān)速度達(dá)不到要求，對(duì)驅(qū)動(dòng)前后的脈沖沿會(huì)產(chǎn)生遲滯，進(jìn)而影響控制精度。

作為一家在光電子領(lǐng)域耕耘多年的半導(dǎo)體企業(yè)，東芝研發(fā)出了一款具有高傳輸速率的光耦器件——TLP2363，它能夠更好地幫助電子工程師解決光耦傳輸延時(shí)性的問題。

一、TLP2363的特征屬性分析

① 反向邏輯：集電極開漏輸出

② 封裝類型：5pin SO6

③ 工作電壓范圍：2.7V至5.5V

④ 最大工作電流：4mA

⑤ 輸入電流閾值：0.3mA至2.4mA（VCC＝3.3V，RL＝1kΩ）

⑥ 輸入電流閾值：5.0mA（最大值）

⑦ 工作溫度范圍：-40℃至105℃

⑧ 共模瞬變抗擾度：±20kV/μs（最小值）

⑨ 最小隔離電壓：3750Vrms

⑩ 數(shù)據(jù)傳輸速率：15Mbps（典型值）

? 具備UL、cUL、VDE、CQC安全標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證

圖示可以看出TLP2363秉承了傳統(tǒng)光耦應(yīng)有的工作機(jī)制，在電源側(cè)需要獨(dú)立的電源對(duì)紅外發(fā)光二極管進(jìn)行單獨(dú)供電，通過控制供電占空頻率來(lái)匹配發(fā)射固定波長(zhǎng)的紅外波束，耦合側(cè)的紅外感應(yīng)二極管則對(duì)發(fā)出的紅外波束脈沖進(jìn)行接收并轉(zhuǎn)換成固定頻率的電信號(hào)，配合運(yùn)算比例放大器后，作用于MOSFET或IGBT管上，就實(shí)現(xiàn)了輸入端與輸出端互不干擾的隔離輸出了。

二、邏輯耦合器的高速分析

一個(gè)器件的傳輸效率往往可以很直觀地反射出它的性能，TLP2363的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸速率能夠達(dá)到15Mbps，這得益于發(fā)光紅外二極管能對(duì)如此高頻的電源信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并發(fā)射，以及光感應(yīng)傳感器高敏感地接收轉(zhuǎn)換。由于IPM接口光電耦合器傳輸PWM信號(hào)，因此它們必須足夠快地進(jìn)行切換，通常其傳輸延遲時(shí)間（tpHL／tpLH）小于800ns對(duì)于高速數(shù)據(jù)傳輸來(lái)說(shuō)才是精確實(shí)時(shí)的。TLP2363提供的傳輸延遲為80ns，相較于市場(chǎng)上其他廠商的光耦器件，傳輸轉(zhuǎn)換速率提升了近10倍，這對(duì)于高速數(shù)據(jù)的吞吐有著極大的提升和幫助，實(shí)質(zhì)性的提高了PWM信號(hào)的傳輸精度。同時(shí)TLP2363在耦合側(cè)內(nèi)置了高速運(yùn)算放大器，保證由光感應(yīng)傳感器傳輸過來(lái)的電信號(hào)能夠?qū)崟r(shí)地作用在輸出端，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)差別調(diào)節(jié)輸出。

三、設(shè)計(jì)參數(shù)及其開關(guān)特性分析

在電路設(shè)計(jì)中，引腳6和引腳4之間應(yīng)連接一個(gè)容量為0.1uF的陶瓷電容器，以穩(wěn)定高增益線性放大器的運(yùn)行，否則這個(gè)光電耦合器可能不能正常開關(guān)。為了進(jìn)一步保證旁路電容對(duì)器件的作用，旁路電容應(yīng)放置在每個(gè)引腳的1cm內(nèi)。

在開關(guān)特性上應(yīng)注意如果電源輸入信號(hào)的脈沖寬度小于等于1ms，那么會(huì)作用于紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生50%固定的占空比輸出。傳輸延遲時(shí)間tpHL和tpLH表示從輸入信號(hào)被檢測(cè)到輸出邏輯被反轉(zhuǎn)的時(shí)間，脈沖寬度失真|tpHL－tpLH|是一個(gè)絕對(duì)值，表示給定乘積下tpHL和tpLH之間的差值。這是傳輸波形中失真程度的有用指標(biāo)，可以幫助設(shè)計(jì)者后續(xù)整定延時(shí)誤差。同時(shí)RL電阻值也是一個(gè)很重要的參數(shù)指標(biāo)，它的反饋會(huì)影響IF電流對(duì)光耦開關(guān)的屬性。

四、應(yīng)用場(chǎng)景分析

TLP2363作為一款強(qiáng)大的高速光耦器件，不僅保證了抗擾能力和穩(wěn)定性，也將傳輸效率提升到一流的水平，從而奠定了它在市場(chǎng)上廣闊的應(yīng)用前景。隨著工業(yè)信息化進(jìn)程被不斷的革新推進(jìn)，高速光耦的應(yīng)用場(chǎng)景更是被進(jìn)一步拓寬。在一些工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線上，高速光耦在實(shí)時(shí)控制、電氣隔離中起著至關(guān)重要的作用，因而被廣泛的部署應(yīng)用。不僅如此，高速光耦在數(shù)字處理系統(tǒng)中也占據(jù)著舉足輕重的地位，比如在可編程邏輯控制器（PLC）、測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)中都能見到它的身影。

東芝在光半導(dǎo)體器件研發(fā)設(shè)計(jì)中積累了豐富的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，并不斷地在技術(shù)設(shè)計(jì)上進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，讓光耦器件性能得到了極大地提升，使得其在單向性的光耦隔離電路中極具應(yīng)用和參考價(jià)值。

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