1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。TLP521中文資料-摘要線性光耦合器是目前國(guó)際上正推廣應(yīng)用的一種新型光電隔離器件。文中介紹其性能特點(diǎn)、產(chǎn)品分類，以及它在單片開關(guān)電源中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞光耦合器線性電流傳輸比通信單片開關(guān)電源光耦合器（opticalcoupler，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡(jiǎn)稱光耦。它是以光為媒介來(lái)傳輸電信號(hào)的器件，通常把發(fā)光器（紅外線發(fā)光二極管LED）與受光器（光敏半導(dǎo)體管）封裝在同一管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線之后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)了“電光電”轉(zhuǎn)換。普通光

2、耦合器只能傳輸數(shù)字（開關(guān)）信號(hào)，不適合傳輸模擬信號(hào)。近年來(lái)問世的線性光耦合器能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或模擬電流信號(hào)，使其應(yīng)用領(lǐng)域大為拓寬。1光耦合器的類型及性能特點(diǎn)1.1光耦合器的類型光耦合器有雙列直插式、管式、光導(dǎo)纖維式等多種封裝形式，其種類達(dá)數(shù)十種。光耦合器的分類及內(nèi)部電路如圖1所示。圖中是8種典型產(chǎn)品的型號(hào)：(a)通用型(無(wú)基極引線)；(b)通用型(有基極引線)；(c)達(dá)林頓型；(d)高速型；(e)光集成電路；(f)光纖型；(g)光敏晶閘管型；(h)光敏場(chǎng)效應(yīng)管型。1.2光耦合器的性能特點(diǎn)光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是單向傳輸信號(hào)，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸

3、效率高。它廣泛用于電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離、開關(guān)電路、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來(lái)改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。光耦合器的技術(shù)參數(shù)主要有發(fā)光二極管正向壓降VF、正向電流IF、電流傳輸比CTR、輸入級(jí)與輸出級(jí)之間的絕緣電阻、集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓V(BR)CEO、集電極-發(fā)射極飽和壓降VCE(sat)。此外，在傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)還需考慮上升時(shí)間、下降時(shí)間、延遲時(shí)間和存儲(chǔ)時(shí)間等參數(shù)。電流傳輸比是光耦合器的重要參數(shù)，通常用直流電流傳輸比來(lái)表示。當(dāng)輸出電壓保持恒定時(shí)，它等于

4、直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比。其公式為：采用一只光敏三極管的光耦合器，CTR的范圍大多為20%300%（如4N35），而PC817則為80%160%，達(dá)林頓型光耦合器（如4N30）可達(dá)100%5000%。這表明欲獲得同樣的輸出電流，后者只需較小的輸入電流。因此，CTR參數(shù)與晶體管的hFE有某種相似之處。線性光耦合器與普通光耦合器典型的CTR-IF特性曲線，分別如圖2中的虛線和實(shí)線所示。由圖2可見，普通光耦合器的CTR-IF特性曲線呈非線性，在IF較小時(shí)的非線性失真尤為嚴(yán)重，因此它不適合傳輸模擬信號(hào)。線性光耦合器的CTR-IF特性曲線具有良好的線性度，特別是在傳輸小信號(hào)時(shí)，其交流電

5、流傳輸比(CTRIC/IF)很接近于直流電流傳輸比CTR值。因此，它適合傳輸模擬電壓或電流信號(hào)，能使輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。這是其重要特性。2線性光耦合器的產(chǎn)品分類及選取原則2.1線性光耦合器的產(chǎn)品分類線性光耦合器的典型產(chǎn)品及主要參數(shù)見表1，這些光耦均以光敏三極管作為接收管。2.2線性光耦合器的選取原則在設(shè)計(jì)光耦反饋式開關(guān)電源時(shí)必須正確選擇線性光耦合器的型號(hào)及參數(shù)，選取原則如下：光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許范圍是50%200%。這是因?yàn)楫?dāng)CTR50%時(shí)，光耦中的LED就需要較大的工作電流(IF5.0mA)，才能正?？刂茊纹_關(guān)電源IC的占空比，這會(huì)增大光耦的功耗。若CTR200%，在

6、啟動(dòng)電路或者當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時(shí)，有可能將單片開關(guān)電源誤觸發(fā)，影響正常輸出。推薦采用線性光耦合器，其特點(diǎn)是CTR值能夠在一定范圍內(nèi)做線性調(diào)整。由英國(guó)埃索柯姆(Isocom)公司、美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的4N系列(如4N25、4N26、4N35)光耦合器，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用地十分普遍。鑒于此類光耦合器呈現(xiàn)開關(guān)特性，其線性度差，適宜傳輸數(shù)字信號(hào)(高、低電平)，因此不推薦用在開關(guān)電源中。3線性光耦合器應(yīng)用舉例多路輸出式電源變換器電路如圖3所示。其輸入電壓為36V到90V的準(zhǔn)方波電壓，三路輸出分別為：UO15V(2A)，UO215V(0.17A)，UO315V(0.17A)?，F(xiàn)將UO1定為主輸出，其電壓調(diào)整率S

7、V0.4%；UO2和UO3為輔輸出，總電源效率可達(dá)75%80%。電路中采用一片TOP104Y型三端單片開關(guān)電源集成電路。主輸出繞組電壓經(jīng)過VD2、C2、L1和C3整流濾波后，得到5V電壓。VD2采用MBR735型35V7.5A肖特基二極管。兩個(gè)輔輸出繞組及輸出電路完全呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)。因?yàn)?5V輸出電流較小，故整流管VD4和VD5均采用UF4002型100V1A的超快恢復(fù)二極管。由線性光耦CNY17-2和可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431C構(gòu)成光耦反饋式精密開關(guān)電源，可以對(duì)5V電壓進(jìn)行精密調(diào)整。反饋繞組電壓通過VD3、C4整流濾波后，得到12V反饋電壓。由P6KE120型瞬態(tài)電壓抑制器和UF4002型超

8、快恢復(fù)二極管構(gòu)成的漏極鉗位保護(hù)電路，能吸收由高頻變壓器漏感形成的尖峰電壓，保護(hù)芯片內(nèi)部的功率場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET不受損壞。外部誤差放大器由TL431C組成。當(dāng)+5V輸出電壓升高時(shí)，經(jīng)R3、R4分壓后得到的取樣電壓，就與TL431C中的2.5V帶隙基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，使其陰極電位降低，LED的工作電流IF增大，再通過線性光耦I(lǐng)C2（CNY17-2）使控制端電流IC增大，TOP104Y的輸出占空比減小，使UO1維持不變，達(dá)到穩(wěn)壓目的。+5V穩(wěn)壓值UO1則由TL431C、光耦中的LED正向壓降來(lái)設(shè)定。R1是LED的限流電阻。誤差放大器的頻率響應(yīng)由C5、R2和C6來(lái)決定。C5的作用有三個(gè)：濾除控制端上的

9、尖峰電壓；決定自動(dòng)重啟動(dòng)頻率；與R2一起對(duì)控制回路進(jìn)行補(bǔ)償。TLP521是可控制的光電藕合器件，光電耦合器廣泛作用在電腦終端機(jī)，可控硅系統(tǒng)設(shè)備，測(cè)量?jī)x器，影印機(jī)，自動(dòng)售票，家用電器，如風(fēng)扇，加熱器等電路之間的信號(hào)傳輸，使之前端與負(fù)載完全隔離，目的在于增加安全性，減小電路干擾，減化電路設(shè)計(jì)。東芝TLP5211，2和4組成的砷化鎵紅外發(fā)光二極管耦合到光三極管。該TLP5212提供了兩個(gè)孤立的HYPERLINK/光耦8引腳塑料封裝，而TLP5214提供了4個(gè)孤立的光耦中16引腳塑料DIP封裝集電極-發(fā)射極電壓：55（最小值）經(jīng)常轉(zhuǎn)移的比例：50（最小）隔離電壓：2500Vrms（最?。﹫D1TLP52

10、1TLP521-2TLP521-4光藕內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳圖圖2TLP521-2光電耦合器引腳排列圖AbsoluteMaximumRatings絕對(duì)最大額定值(Ta=25)Characteristic參數(shù)Symbol符號(hào)Rating數(shù)值Unit單位TLP5211TLP5212TLP5214LEDForwardcurrent正向電流IF7050mAForwardcurrentderating正向電流減率IF/0.93(Ta50)0.5(Ta25)mA/PulseforwardcurrentHYPERLINK/瞬間正向脈沖電流IFP1(100pulse,100pps)AReversevoltage反向

11、電壓VR5VJunctiontemperature結(jié)溫Tj125接收側(cè)Collectoremittervoltage集電極發(fā)射極電壓VCEO55VEmittercollectorvoltage發(fā)射極集電極電壓VECO7VCollectorcurrent集電極電流IC50mACollectorpowerdissipation(1circuit)集電極功耗PC150100mWCollectorpowerdissipationderating(1circuitTa25)集電極功耗減率PC/1.51.0mW/Junctiontemperature結(jié)溫Tj125Storagetemperatureran

12、ge儲(chǔ)存溫度范圍Tstg55125Operatingtemperaturerange工作溫度范圍Topr55100Leadsolderingtemperature無(wú)鉛焊接溫度Tsol260(10s)Totalpackagepowerdissipation整體功耗PT250150mWTotalpackagepowerdissipationderating(Ta25)整體功耗減率PT/2.51.5mW/Isolationvoltage隔離電壓BVS2500(AC,1Min最小,R.H.60%)Vrms注：使用連續(xù)負(fù)載很重的情況下（如高溫/電流/溫度/電壓和重大變化等），可能會(huì)導(dǎo)致本產(chǎn)品的可靠性下降

13、明顯甚至損壞。RecommendedOperatingConditions建議操作條件Characteristic參數(shù)Symbol符號(hào)Min最小Typ典型Max最大Unit單位Supplyvoltage電源電壓VCC524VForwardcurrent正向電流IF1625mACollectorcurrent集電極電流IC110mAOperatingtemperature操作溫度Topr2585型號(hào)Classification(*1)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)CurrentTransferRatio(%)(IC/IF)經(jīng)常轉(zhuǎn)移率(%)(IC/IF)MarkingOfClassification標(biāo)志的分類IF=5m

14、A,VCE=5V,Ta=25最小最大TLP521A50600Blank,Y,Y,G,G,B,B,GBRankY50150Y,YRankGR100300G,GRankBL200600B,BRankGB100600G,G,B,B,GBTLP5212TLP5214A50600Blank,GR,BL,GBRankGB100600GR,BL,GB*1:Ex.rankGB:TLP5211(GB)(Note):Applicationtypenameforcertificationtest,pleaseusestandardproducttypename,i.e.TLP5211(GB):TLP5211,TLP

15、5212(GB):TLP5212IndividualElectricalCharacteristic單獨(dú)的電氣特性參數(shù)(Ta=25)Characteristic參數(shù)Symbol符號(hào)TestCondition測(cè)試條件Min最小Typ典型Max最大Unit單位LEDForwardvoltage正向電壓VFIF=10mA1.01.151.3VReversecurrent反向電流IRVR=5V10ACapacitance電容CTV=0,f=1MHz30pF接收側(cè)Collectoremitterbreakdownvoltage集電極發(fā)射極擊穿電壓V(BR)CEOIC=0.5mA55VEmittercol

16、lectorbreakdownvoltage發(fā)射極集電極擊穿電壓V(BR)ECOIE=0.1mA7VCollectordarkcurrent集電極暗電流ICEOVCE=24V10100nAVCE=24V,Ta=85250ACapacitance(collectortoemitter)電容（集電極到發(fā)射極）CCEV=0,f=1MHz10pFCoupledElectricalCharacteristic耦合電氣特性參數(shù)s(Ta=25)Characteristic參數(shù)Symbol符號(hào)TestCondition測(cè)試條件Min最小Typ典型Max最大Unit單位Currenttransferratio經(jīng)

17、常轉(zhuǎn)移的比率IC/IFIF=5mA,VCE=5VRankGB50600%100600SaturatedCTR飽和率IC/IF(sat)IF=1mA,VCE=0.4VRankGB60%30Collectoremittersaturationvoltage集電極-發(fā)射極飽和電壓VCE(sat)IC=2.4mA,IF=8mA0.4VIC=0.2mA,IF=1mARankGB0.20.4IsolationCharacteristic耦合電氣特性參數(shù)(Ta=25)Characteristic參數(shù)Symbol符號(hào)TestCondition測(cè)試條件Min最小Typ典型Max最大Unit單位Capacitance(inputtooutput)電容（輸入輸出）CSVS=0,f=1MHz0.8pFIsolationresistance隔離電阻RSVS=500V,R.H.60%1011Isolationvoltage隔離電壓BVSAC,1Min最小ute2500VrmsAC,1second,inoil5000DC,1Min最小ute,inoil5000VdcSwitchingCharacteristic開關(guān)特性參數(shù)(Ta=25)Characteristic參數(shù)Symbol符號(hào)TestCondition測(cè)試條件Min最小Typ典型Max最大Unit單位Risetime上升時(shí)間