高速光耦资料

高速光耦的规格~

光耦的部分型号型号规格 性能说明4N25 晶体管输出4N25MC 晶体管输出4N26 晶体管输出4N27 晶体管输出4N28 晶体管输出4N29 达林顿输出4N30 达林顿输出4N31 达林顿输出4N32 达林顿输出4N33 达林顿输出4N33MC 达林顿输出4N35 达林顿输出4N36 晶体管输出4N37 晶体管输出4N38 晶体管输出4N39 可控硅输出6N135 高速光耦晶体管输出6N136 高速光耦晶体管输出6N137 高速光耦晶体管输出6N138 达林顿输出6N139 达林顿输出MOC3020 可控硅驱动输出MOC3021 可控硅驱动输出MOC3023 可控硅驱动输出MOC3030 可控硅驱动输出MOC3040 过零触发可控硅输出MOC3041 过零触发可控硅输出MOC3061 过零触发可控硅输出MOC3081 过零触发可控硅输出TLP521-1 单光耦TLP521-2 双光耦TLP521-4 四光耦TLP621 四光耦TIL113 达林顿输出TIL117 TTL逻辑输出PC814 单光耦PC817 单光耦H11A2 晶体管输出H11D1 高压晶体管输出H11G2 电阻达林顿输

主要型号：
6N138、6N139、PS8703
光电耦合器(简称光耦)是开关电源电路中常用的器件。光电耦合器分为两种:一种为非线性光
耦，另一种为线性光耦。
常用的4N系列光耦属于非线性光耦。
常用的线性光耦是PC817A-C系列。

单相逆变器智能功率模块应用电路设计

1 引言
智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)以开关速度快、损耗小、功耗低、有多种保护功能、抗干扰能力强、无须采取防静电措施、体积小等优点在电力电子领域得到越来越广泛的应用。以PM200DSA060型IPM为例，介绍IPM应用电路设计和在单相逆变器中的应用。

2 IPM的结构

IPM由高速、低功率IGBT、优选的门级驱动器及保护电路构成。其中，IGBT是GTR和MOSFET的复合，由MOSFET驱动GTR，因而IPM具有GTR高电流密度、低饱和电压、高耐压、MOSFET高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。

根据内部功率电路配置情况。IPM有多种类型，如PM200DSA060型IPM为D型(内部集成2个IGBT)，其内部功能框图如图1所示，内部结构如图2所示。内有驱动和保护电路，保护功能有控制电源欠压锁定保护、过热保护、过流保护和短路保护，当其中任一种保护功能动作时，IPM将输出故障信号FO。

IPM内部电路不含防止干扰的信号隔离电路、自保护功能和浪涌吸收电路，为了保证IPM安全可靠，需要自己设计部分外围电路。

3 IPM的外部驱动电路设计

IPM的外部驱动电路是IPM内部电路和控制电路之间的接口，良好的外部驱动电路对以IPM构成的系统的运行效率、可靠性和安全性都有重要意义。

由IPM内部结构图可见，器件本身含有驱动电路。所以只要提供满足驱动功率要求的PWM信号、驱动电路电源和防止干扰的电气隔离装置即可。但是，IPM对驱动电路输出电压的要求很严格：驱动电压范围为13.5V～16.5V，电压低于13.5V将发生欠压保护，电压高于16.5V可能损坏内部部件；驱动信号频率为5Hz～20kHz，且需采用电气隔离装置，防止干扰：驱动电源绝缘电压至少是IPM极间反向耐压值的2倍(2Vces)；驱动电流达19mA-26mA；驱动电路输出端的滤波电容不能太大，这是因为当寄生电容超过100pF时，噪声干扰将可能误触发内部驱动电路。

图3所示是一种典型的高可靠性IPM外部驱动电路方案。来自控制电路的PWM信号经R1限
流，再经高速光耦隔离并放大后接IPM内部驱动电路并控制开关管工作，FO信号也经过光耦隔离输出。其中每个开关管的控制电源端采用独立隔离的稳压15V电源，且接1只10μF的退耦电容器(图中未画出)以滤去共模噪声。R1根据控制电路的输出电流选取，如用DSP产生PWM，则R1的阻值可为330Ω。R2根据IPM驱动电流选值，一方面应尽可能小以避免高阻抗IPM拾取噪声，另一方面又要足够可靠地控制IPM，可在2kΩ～6.8kΩ内选取。C1为2端与地间的0.1μF滤波电容器，PWM隔离光耦的要求是tPLH<0.8μF，tPHL<0.8μF，CMR>10kV／μs，可选用HCPL4503型、HCPL4504型、PS2041型(NEC)等高速光耦，且在光耦输入端接1只0.1μF的退耦电容器(图中未画出)。FO输出光耦可用低速光耦(如PC817)。IPM的内部引脚功能如表1所示。

图3的外部接口电路直接固定在PCB上且靠近模块输入脚，以减少噪声和干扰，PCB上布线的距离应适当，避免开关时干扰引起的电位变化。

另外，考虑到强电可能造成外部驱动电路到IPM引线的干扰，可以在引脚1～4间，3～4间，4—5间根据干扰大小加滤波电容器。

4 IPM的保护电路设计

由于IPM本身提供的保护电路不具备自保护功能。所以要通过外围硬件或软件的辅助电路将内部提供的FO信号转换为封锁IPM的控制信号，关断IPM，实现保护。

4.1 硬件

IPM有故障时，FO输出低电平，通过高速光耦到达硬件电路。关断PWM输出，从而达到保护IPM的目的。具体硬件连接方式如下：在PWM接口电路前置带控制端的3态收发器(如74HC245)，PWM信号经过3态收发器后送至IPM接口电路，IPM的故障输出信号FO经光耦隔离输出送入与非门，再送到3态收发器使能端OE。IPM正常工作时，与非门输出为低电平，3态收发器选通；IPM有故障时，与非门输出为高电平，3态收发器所有输出置为高阻态，封锁各个IPM的控制信号，关断IPM，实现保护。

4.2 软件

IPM有故障时，FO输出低电平，FO信号通过高速光耦送到控制器进行处理，处理器确认后，利用中断或软件关断IPM的PWM控制信号，从而达到保护目的。如在基于DSP控制的系统中，利用事件管理器中功率驱动保护引脚(PDPINT)中断实现对IPM的保护。通常1个事件管理器产生的多路PWM可控制多个IPM工作，其中每个开关管均可输出FO信号。每个开关管的FO信号通过与门，当任一开关管有故障时输出低电平，与门输出低电平，将该引脚连至PDPINT，由于PDPINT为低电平时DSP中断，所有的事件管理器输出引脚均被硬件设置为高阻态，从而达到保护目的。

以上2种方案均利用IPM故障输出信号封锁IPM的控制信号通道。因而弥补了IPM自身保护的不足，有效地保护了器件。

5 IPM的缓冲电路设计

在IPM应用中，由于高频开关过程和功率回路寄生电感等叠加产生的di／dt、dv／dt和瞬时功耗会对器件产生较大的冲击，易损坏器件。因此需设置缓冲电路(即吸收电路)，目的是改变器件的开关轨迹，控制各种瞬态过压，降低器件开关损耗，保护器件安全运行。

图4为常用的3种IPM缓冲电路。图4(a)为单只无感电容器构成的缓冲电路。对瞬变电压有效且成本低，适用于小功率IPM。图4(b)为RCD构成的缓冲电路，适用于较大功率IPM，缓冲二极管D可箝住瞬变电压。从而抑制由于母线寄生电感可能引起的寄生振荡。其RC时间常数应设计为开关周期的l／3，即τ=T/3=1/3f。图4(c)为P型RCD和N型RCD构成的缓冲电路。适用于大功率IPM。功能类似于图4(b)所示的缓冲电路，其回路电感更小。若同时配合使用图4(a)所示的缓冲电路，还能减小缓冲二极管的应力，缓冲效果更好。

在图4(c)中，当IGBT关断时，负载电流经缓冲二极管向缓冲电容器充电，同时集电极电流逐渐减少，由于电容器二端的电压不能突变，所以有效地限制了IGBT集电极电压上升率dv／dt。也避免了集电极电压和集电极电流同时达到最大值。IGBT集电极母线电感、电路及其元件内部的杂散电感在IGBT开通时储存的能量，这时储存在缓冲电容器中。当IGBT开通时。集电极母线电感以及其他杂散电感又有效地限制了IGBT集电极电流上升率di／dt。同样也避免了集电极电压和集电极电流同时达到最大值。此时，缓冲电容器通过外接电阻器和IGBT开关放电，其储存的开关能量也随之在外接电阻器和电路、元件内部的电阻器上耗散。如此。便将IGBT运行时产生的开关损耗转移到缓冲电路，最后在相关电阻器上以热的形式耗散，从而保护IGBT安全运行。

图4(c)中的电阻值和电容值按经验数据选取：如PM200DSA060的电容值为0.22μF一0.47μF，耐压值是IGBT的1.1倍～1.5倍，电阻值为10Ω～20Ω，电阻功率按P=fCU2*10-6计算，其中f为IGBT工作频率，U为IGBT的工作峰值电压，C为缓冲电路与电阻器串联电容。二极管选用快恢复二极管。为了保证缓冲电路的可靠性。可以根据功率大小选择封装好的图4所示的缓冲电路。

另外，由于母线电感、缓冲电路及其元件内部的杂散电感对IPM尤其是大功率IPM有极大的影响，因此愈小愈好。要减小这些电感需从多方面入手：直流母线要尽量地短；缓冲电路要尽可能地靠近模块；选用低电感的聚丙烯无极电容器、与IPM相匹配的快速缓冲二极管及无感泄放电阻器。

6 IPM在单相全桥逆变器中的应用

图5所示的单相全桥逆变电路主要由逆变电路和控制电路组成。逆变电路包括逆变全桥和滤波电路，其中逆变全桥完成直流到交流的变换，滤波电路滤除谐波成分以获得需要的交流电：控制电路完成对逆变桥中开关管的控制并实现部分保护功能。

图中的逆变全桥由4个开关管和4个续流二极管组成，工作时开关管在高频条件下通断。开关瞬间开关管电压和电流变大，损耗大，结温升高，加上功率回路寄生电感、振荡及噪声等，极易导致开关管瞬间损坏，以往常用分立元件设计开关管的保护电路和驱动电路，导致电路庞大且不可靠。

笔者采用一对PM200DSA060双单元IPM模块分别代替图中V1、D1、V2、D2组合和V3、D3、V4、D4组合构成全桥逆变电路，利用DSP对IPM的控制，完成了中频率20kW、230V逆变器的设计和调试，采用了如上所述的驱动电路、图4(c)中的缓冲电路和基于DSP控制的软件IPM保护电路。设计实践表明：使用IPM可简化系统硬件电路、缩短系统开发时间、提高可靠性、缩小体积，提高保护能力。

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其软肾上： p719光耦的参数和内部线路图:

鄂伦春自治旗19857397928： 什么是数字光耦?它是线性光耦还是非线性光耦呢? - ？
其软肾上： 纯线性光耦hcnr200,hcnr201,很贵.有一定线性特性的光耦TLP521,PC817,EL817,EL357等,一般线性特性可用于电源的电压反馈.还有4N25,4N35这些是非线性的,不能用于线性应用.还有1M,10M这些高速光耦,一般起到数字开关,信号传输的作用,线性特性也比较差.

鄂伦春自治旗19857397928： 高速光耦有线性和非线性的区别吗? - ？
其软肾上： 1Mbps的高速光耦6N136里面输出端采用的是晶体管,所以输出电流的大小会随输入信号大小的变化而变化.10Mbps的高速光耦6N137则比较复杂,采用逻辑门输出,他有一个触发电流,比如IFT=3mA,输入电流小于IFT,则输出无变化,输入电流大于IFT则输出端马上开通,输出电流基本不受输入电流影响而收外接电路影响.勉强一点讲你把136当作线性,137当作非线性吧,不过不会有人吧136当作线性光耦使用...----潮光光耦网----

鄂伦春自治旗19857397928： 请问高速光耦6N136是怎么工作的?它的输出电压与输入电源大小有关系吗? - ？
其软肾上： 6N136是一个高速光耦.可以到潮光光耦网下载一个6N136的DATASHEET