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在隔离电路的设计中,光耦的应用并不可少。选择光耦的时候,都会关注原副边的电流传输比-CTR,从而确保设计的可靠性。打开芯片的规格书,就能看到CTR是一个变化量,变化范围还挺大,这个变化范围是受到温度特性的影响。
但规格书中给出的是固定IF电流小,典型值是IF=5mA,在不同温度范围内,得到的CTR变化区间。
如果外围电路受到驱动的限制,提供不了足够的IF。这个时候,就需要分析不同IF值的前提下,CTR的变化区间,从而得到实际电路下,光耦的CTR变化都能满足设计要求。
可以使用Onsemi光耦型号4N35做分析,来对比下不同IF下的CTR变化。
首先在Onsemi官网下载仿真模型
随后在ADI的仿真软件LTspice打开文件,建立仿真模型AN35
建好模型后,进一步在LTspice建立原理图
先参考4N35规格书的IF vs CTR曲线,利用LTspice是否可以得到相同的曲线,从而确保仿真模型和规格书中的数据是一致的。
在仿真文件中,设置VCE=5V,环境温度25度,修改R1的阻值,调整原边IF的电流。同时修改R2的阻值,保证VCE=5V维持不变。
咨询光耦供应商,可以将V1使用电流源,V2使用电压源替代,光耦规格书中的参数都是使用这种电路测试得到的。但实际电路还是使用R1,R2电阻用于限流,因此先用接近实际电路的模式得到仿真结果,下文会使用其他电路。
将仿真数据导入Excel中,经过对比可知,仿真数据和规格书中(供应商反馈规格书是实测数据)的数据有较大差距。但是在2mA到8mA这个区间,两者的数据十分接近
仿真模型3mA到8mA这个区间,CTR基本都在110%到130%之间
规格书的3mA到8mA这个区间,CTR基本也都在110%到140%之间,而且两者的斜率增长曲线也十分近似。
由于在原理图设计中,仿真分析是一个比较有效的工具。为保证原理图设计和实际样板的数据一致。因此对于选择4N35这个光耦做产品设计,可以尽量将IF的电流设置3mA到8mA区间。
随后可以进一步验证温度对光耦的影响。4N35的规格书中,光耦受到温度影响还是较小的,最高温和最低温之间,CTR变化范围在20%以内。
在IF=1mA,VCE=5V的条件下,仿真得到的CTR曲线,受到温度变化的影响较小。
随后选择LTspice自带的光耦模型PC817A,其CTR vs temp的特性曲线也和规格书不一致,且仿真数据要优于规格书的数据。
个人觉得光耦的温度特性,在仿真软件中,很难得到体现。光耦的工作原理是原边的发光二极管的光电子被次级的光三极管基级接收,达到一定电压的时候,次级三极管才导通。这个工作过程,受到的影响因素很多,仿真模型很难和实际光耦完全对应。
因此在做光耦的选择时候,需要重点考虑温度对CTR的影响,规格书和仿真模型都可以用来分析,做实际的产品的时候,尽量在高低温的温箱对光耦的性能做详细的测试,才能避免实际应用中出现光耦电路不能工作的情况。
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