军用和航天电子中的密封光耦合器!-华南微半导体

　　为什么要使用密封光耦？

　　使用光耦合器或光隔离器的安全光学隔离现在是一种经过充分证明、成熟和最可靠的技术。现代最先进的光耦合器可用于高速数字数据传输应用（高达20Mbit/s）、模拟电流和电压传感以及反馈和控制电子设备。应用特定的光耦合器也可用于逆变器（IGBT/MOSFET和IPM）栅极驱动器和AC/DC高电压阈值感测要求。

　　传统上，光耦合器被广泛用于将低功耗、精密和昂贵的电子元件与大功率电路安全隔离。此外，光耦合器还提供了一种连接高接地电位差的电路，保护电路免受大共模电压的影响，并消除由于不需要的接地回路电流而产生的噪声和干扰。光耦还可用于提供信号放大、开/关切换、使人免受电击和高压电源的危害，以及保护患者免受高功率医疗器械的伤害。光耦设计和加工技术的进步使得新的光耦设计能够应用于特定领域，同时也提供了越来越多的功能性和复杂性。

　　历史上，数字数据传输应用首先实现了光耦合器的共模噪声消除和浪涌保护的好处。今天，变速电机控制电子是光耦应用越来越广泛的领域之一。同时，还提供了用于驱动高输出功率的IPM和MOS。类似地，精密的模拟光隔离器正日益取代霍尔效应传感器，用于测量和监测交流相电流、直流轨/母线电流，以及测量母线电压或监测温度。

　　气密光耦合器适用于宽温度范围（–55至+125℃）应用、海军和海洋环境中的高湿度条件，以及零件始终承受高机械冲击（如航空或卫星）和不利辐射条件（如空间）的情况。使用气密性光耦的主要好处可以总结如下：

　　高可靠性，高质量，长寿命

　　变频调速能力

　　设计简便

　　相对较小的尺寸和占地面积

　　相对低功耗

　　安全光隔离（电隔离）

　　坚固耐用，可承受热冲击或机械冲击

　　接地回路电流噪声干扰抗扰度

　　高温运行

　　空间应用的辐射耐受性

　　隔离不同的电压电平和电平转换

　　放大或衰减数字或模拟信号

　　使操作人员远离电源电路和电击危险

　　防止控制电路和电源电路之间的噪音或干扰

　　为昂贵的数字电路提供高压瞬态保护

　　密封光耦的数字化应用

　　现代通信依赖于数字数据的传输。计算机、卫星、遥测、电子和集成电路等技术为产生和传输大量数据铺平了道路。图中显示了光耦隔离传输系统的基本元件，包括光耦、发射器或线路驱动器、传输线或介质、接收器和两端的数字控制逻辑。

　　注：Zcm代表共模干扰源的阻抗，eCM代表共模电压。

　　在输电线路的两个接地之间循环的接地回路电流常常会导致数据完整性的偏移和噪声退化。使用如图所示的光耦断开传输线和控制逻辑之间的接地回路电流，控制逻辑通常是远程计算机的CPU。与地电位偏移有关的共模干扰是另一个问题。当使用光耦时，接地回路电流和共模噪声这两种效应都可以消除。

　　关于数字数据传输应用中的光耦合器的一个常见误解是光耦合器可以直接用作线路驱动器或线路接收器。一般来说，光耦的输入级或输出级是TTL和/或CMOS逻辑兼容的。这些级没有被优化为直接作为线路接收器或线路驱动器。虽然，只要仔细了解数字数据传输标准和仔细设计光耦驱动电路，在某些情况下，光耦可以用作线路接收器。光耦总是不能直接驱动传输线，因为输出级没有这样做的功率能力。为了安全和最佳的设计，强烈建议设计者结合使用合适的传输标准收发器和合适的光耦。

　　根据光耦的传播延迟参数，可以计算出通过光耦传输的最大数据速率。传播延迟定义了逻辑信号通过光耦传播的速度。计算最坏情况下速度响应的最简单方法是取最大传播延迟的倒数。光耦数据表显示从低到高的传输延迟（tPLH）以及从高到低的传输延迟（tPHL）。取两个传播延迟数中较高者的倒数表示通过光耦的最大数据速率可以是多少：

　　最大数据速率=1/（tPHL）或1/（tPLH）位/秒，以较低者为准。

　　脉冲宽度失真（PWD）定义为tPHL和tPLH之间的差异。使用PWD参数（如果给定）是另一种计算光耦速度的方法。通常，20%至30%的PWD在行业中被认为是可接受的。此特定畸变水平下的最大速度可计算为：

　　最大数据速率=（1/PWD）•（30%）（30%失真水平下的最大速度）

　　这两种方法给出的数据速率可能略有不同。了解正在使用的数字数据传输标准的速度要求，很容易选择具有正确速度的正确光耦。再次，光耦将与所选择的特定传输标准的适当收发器一起使用。

　　电流隔离由放置在CAN控制器和收发器之间的HCPL-5601提供。HCPL-5601产品是高速10Mbd光耦，最大传输延迟为140nsec。在CAN协议中，当数据以典型的500kbit/sec传输或接收时，这些高速光耦合器引入的延迟对最大可实现总线长度的影响最小。

　　除了数据通信应用外，数字光耦还应用于许多其他工业、商业和高可靠性应用中，用于开关电源、电机控制、不间断电源、运动/锻炼设备和医疗应用等多种用途。

　　几乎每一件电子设备，无论是高可靠性的，工业的还是商业的，都需要某种电源来工作。这些电源可以是AC-DC转换器或DC-DC转换器。在脉冲宽度调制开关电源中，高速数字光耦常被用作隔离反馈控制回路的一部分。

　　图中显示了一个推挽式开关电源的例子，它利用HCPL-5201为开关电源mosfet提供隔离的反馈驱动。硅单侧开关（SUS）自举在首次使用交流电源时启动电源。一旦PWM启动，峰值检测器将禁用SUS。

　　HCPL-5201的使能功能在该应用中得到了很好的应用。使能电压提供了一个共模传导互锁功能，该功能不允许两个功率MOSFET开关晶体管同时导通，但允许在高开关速率下实现高效率。在开关电源中，开关晶体管由PWM控制电路以一定的PWM频率驱动。此控制电路监控电源的隔离输出电压，并根据感测到的电压生成PWM频率。光耦以PWM产生的频率驱动功率mosfet。功率mosfet以PWM频率驱动变压器的一次侧，从而实现了一个非常高的效率，从而正确地评估了开关电源的价值。

　　华南微半导体是专业的LED光电控制器件、光电耦合器、光MOS继电器、LED外延芯片的高新设计创新型企业，总部位于广东省深圳市南山区高新技术园区内，并在杭州、上海和香港设有研发中心和销售服务支持中心。公司专注于为客户提供高效能、低功耗、低阻值、低电容等各类特殊应用的光电耦合器产品，并可根据客户需要，为客户提供定制类的产品设计及生产，使客户的产品更具有市场竞争优势。本司的高低压继电器光耦具有在行内领先的研发实力，成功设计并量产了60V、400V、600V等不同负载电压、各种负载电流光电耦合继电器，广泛应用于家用电器、智能电网、工业测控、5G通信、工控设备等领域。