光电隔离器件和应用

Pollution Degree 4 The Pollution leads to a constant conductivity.e.g. through conductive Dust, Rain or Snow.
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不同连接方式对光耦隔离电压的要求
Working Voltage Vrms oder DC 50 100 150 300 600 1000
4
为什么要隔离？
4. 浮动电平驱动问题
以上侧开关，H-桥，半桥，三相马达驱动为例,上侧IGBT导通时, 基准电压从0上 升到供电电压(+150V)。所以, 控制和驱动器两侧一定要隔离
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为什么要隔离？
5. 接地回路电流问题
两部分电路需要交换信息, 但它们的接地点电平不同或在接地线上有强烈的干 扰信号（地电流）。如果两个接地点之间不加以隔离就会叠加在信号上而产生 干扰
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光耦爬电距离和净间隙距离
Creepage
Clearance
Creepage: Distance along an insulating surface between conductors 爬电距离： 导体间隔离绝缘体之间的距离 Clearance: Distance across air between conductors 净间隙尺寸：导体间空气隔离距离
光电隔离器件和应用
为什么要隔离？
1.保护人身安全 – 与危险的高电压绝缘
110 to 380 VAC
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为什么要隔离？
2.保护控制单元(MCU)的安全
e.g. 高压大功率级的电机或DC-AC逆变器由脆弱的控制单元(MCU)控制
3-phase motor control
VDD 3.3V R1 390 VCC 5V R2 1K output input
VDD 3.3V R1 390
VCC 5V
input R2 1K
output
(1)
Inverter
VDD 3.3V
VDD 3.3V R1 390 input VCC 5V R2 1K
(2)
VCC 5V
R1 390 input
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对光耦爬电距离的要求
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对光耦爬电距离的要求
Insulation Material Group
Insulation Material group I Insulation Material group II CTI CTI > 600 400 - 600
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为什么要隔离？
3. 避免共模瞬变电压的干扰（CMTI）
敏感的控制单元（MCU）的正常操作可能会受到大功率部分的快速电压瞬变（例如, 20 KV/us) 的干扰而需要隔离
-HV(600V/50A)
Half-bridge
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设计要求: 1. 爬电距离的要求
2. CTR 漂移
1) 2) 3) 工作温度 正向电流 光衰
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线性光耦
wk.baidu.comTypical IL300 circuit
Linear Optocoupler
Products
IL300
Linear output High stability gain Different K3 BIN
Input MUX: LH1526
双路常开, 400V, 100 mA 绝缘测试电压 (VISO): 5300 Vrms 绝缘工作电压 (VIORM): 890 V
Cell Balancing: VO14642
60V 2A
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IGBT/MOSFET Driver
output
output R2 1K
(3)
(4)
Inverter
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光电晶体管(Phototransistor)与应用
(模拟模式 ) 隔离式开关电源（AC / DC变换器） Input: +85 to 265 VAC Output: 6.0 V, 2.0 A Key Parameter: Current Transfer Ratio CTR = IC / IF Example: CTR = 4.8mA / 5.6mA = 0.86 = 86%
输入和输出之间的隔离测试电压（VISO）额定值可以高达 7500伏。 具有绝缘性能好，安全可靠，体积小、寿命长、无触点， 抗干扰能力强，价格便宜等优点。
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光耦的基本构造
“面对面”（上下）或 “共面” 发射器（光源） - 红外发光二极管 （IR LED） • 接收器（光敏器件） - 红外探测器 （IR Detector) • 绝缘材料 – 透明环氧（间距：0.2至0.4毫米）
* IF = 10 mA, others 5 mA
连接法 （DC / AC）
IF
DC
DC Only Configuration
IF
AC/DC Configuration
Do not use
AC or DC
LOAD
负载电流 (DC)
LOAD
负载电流(AC / DC)
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SCK (Master) SCK (Slave)
MASTER SS SS
SLAVE
CS
MISO (Master)
MISO (Slave)
SDO
MOSI (Master)
MOSI (Slave)
SDI
SPI Bus Adapter
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SSR – Photo MOSFET 简介
交流和直流电动机驱动和控制 不中断电源（UPS） 焊接设备 逆变器和DC / DC转换器 电磁感应炉
等离子显示器
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光隔离可控硅 (AC SSR)
有过零探测(ZC)和非过零探测(NZC)两种类型。
VO3120 & VO3150A 简介
光隔离IGBT/MOSFET驱动器, DIP-8 或 SMD-8 封装
输出峰值电流：2.5A（VO3120） 0.5A（VO3150A）
工作电压范围：15V - 32V
工作温度范围：-40 ºC 至 110 ºC
抗共摸干扰 (CMTI, min)：25kV/us @ 1500V 传播延迟: < 400ns
Benefits
优点 1.恒定的线性关系 a) 保持温度线性 b) 保持光衰线性 c) 保持正向电流线性
Rectifier RLC Stage
IL300
2.高线性输出
缺点 1.电路复杂 2.成本较高 Vishay Optoelectronics
超高隔离电压光耦
主要特性
• 直脚和贴片封装
• 最高隔离电压可达11600Vrms • 内部隔离距离≥3mm • CTI值可达475
Power Devices Signal
Impeadance of wiring GND noise
Ground A
Ground B
GND noise Ground A Ground B
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什么是光耦/光电隔离器？
光耦合器（optical coupler）亦称光电隔离器（optoisolator)或光电耦合器（optocoupler），简称光耦。它 是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外 线发光二极管LED）与受光器（探测器Detector）封装在同 一管壳内。
IF
0.1 uF GND
Output
Circuit example
tPHL
tPLH
传输延迟
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高速光耦的应用
(隔离式现场总线接口) Fieldbus: • SPI • I2C • PROFIBUS • CANBUS Example: VO0631T, VO0661T 10 MBd, dual-channel, SOIC-8 Package
用途: 驱动大功率 IGBT或MOSFET (e.g. 1200V, 50A)
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IGBT 驱动电路(VO3120)实例
IGBT module rating up to 1200V 50A
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IGBT 驱动器(VO3120)应用实例
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SSR – Photo MOSFET Driver 简介
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SSR – Photo MOSFET 简介
VS. EMR
光控继电器与机械继电器的比较 高隔离电压 无瞬时脉冲 尺寸小 低驱动电流 寿命长 无接触弧电 无接触损耗 高开关速度 不会产生电磁干扰

SSR
SSR: 输入多路开关 & Cell Balancing
光耦的封装
SMD-4 SOP-4 / half-pitch (1.27 mm) SOP-4 (2.54 mm) SOIC-8 Long mini-flat SOP-16 (4-channel) DIP-8 DIP-4
DIP-6
DIP-16
超高隔离电压
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光电耦合器(Optocoupler)的分类
Face to Face Construction
Emitter Chip Detector Chip
Coplanar Construction
Emitter Chip
Detector Chip
IR Transparent Epoxy Inner Mold
IR Reflector and Transparent Material
Insulation Material group IIIa CTI Standard - Optocoupler fall in this group.
Insulation Material group IIIb CTI
175 - 400
100 – 175
Pollution Degree
Pollution Degree 1 It appears no or only dry, non conductive Pollution. The Pollution has no Influence. Pollution Degree 2 It appears only non conductive Pollution. Occasional dew ( condensation ) Pollution Degree 3 It appears conductive Pollution or dry non conductive Pollution which can become conductive, because dew can be expected.
Installation Category IV III II 1500 2500 4000 6000 8000 12000 800 1500 2500 4000 6000 8000 500 800 1500 2500 4000 6000
I 330 500 800 1500 2500 4000
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适用于
• 适用于高干扰环境
CNY65Exi
• 超高隔离电压 • CNY65Exi可适用于易燃易爆环境 • Cat IV连接方式隔离应用
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高速光耦
Vcc1 (+5V)
6N137 VOx6xx SFH675x RB 330
Input
Vcc Vcc2 (+5V) RL Vo
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光耦固态继电器(SSR)的分类
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光电晶体管(Phototransistor)与应用
(数字模式 ) Digital I/O: 1/0, High/Low, True/False, ON/OFF, Sat./OFF Key Parameter: Current Transfer Ratio (sat): CTR = IC / IF