光耦合器规格的解释

2003年12月

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通常在半导体产品的规格中会指定环境温度(T_A: 产品周围的空气温度)或封装表面温度(T_C)为25度。
实际上,使用环境非常重要,但是在特定条件下或在摄氏25度宽容范围下,使用者为他设计的产品针对使用环境必须遵照特性曲线等来完成计算.光电晶体管的光接收耦合器多数型号的规格在下面描述.

最大额定值

电特性

最大额定值

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绝缘电压：BV(Vr.m.s.)

允许最大交流电压是能施加在输入管脚和输出管脚之间超过均方根(r.m.s.)值的电压。
该数值为特定隔离电阻阻值。
通常，该值被设定为无限制周期，但是也用于限制测定时间，如1分钟。

运行环境温度：T_A(°C)

在电源应用时的允许温度范围。
通常当实际环境温度上升时，功率损耗(P_D, P_C)会下降。此外，当实际环境温度超出在该范围内时，功率应用被禁止。
光耦合器使用场合中,所在产品上施加功率产生的温度不是以“封装表面温度”来描述,而是以“环境温度(在产品周围的空气温度)”来替代.

存储温度：T_stg(°C)

允许温度范围是当电源没有施加的温度范围(储存状态)。

发光二极管：正向电流：I_F(mA)

当环境温度是摄氏25度时，在光发射端的LED(光发射二极管)允许的功耗(P_D)范围之内，允许最大电流不会发生损毁的。

发光二极管：反向电压：V_R(V)

注意，在光发射端LED(发光二极管)的反向限制电压是低的。
一旦超出反向限制电压，马上就会产生反向电流。(这种情况中,LED不能发射光.)
此外，当流入反向电流时，后面的光发射效率将被降低。
因此，当反向电压只是暂时超出该数值，就可能损毁或发生不可逆转的退化.
然而,在AC(交流电流)输入型光耦合器情况中,由于正电压和负电压都是正向电压就没有这样值.

发光二极管: 耗散功率:P_D(mW)

环境温度摄氏25度时的光发射端LED的允许功耗.
通常可允许的耗散功率(P_D) 如下图所示,随环境温度升高趋向下降.


实际最大环境温度的允许功率耗散可以从上面曲线"P_D-T_A"获得.
除"发光二极管:正向电流(I_F)"的绝对最大额定值之外,当正向电流(I_F)超过由正向电压(V_F)流动所允许的耗散功率分出来的值,可能损毁或发生不可逆转的退化.

光电晶体管: 耗散功率:P_C(mW)

环境温度摄氏25度时光接收的光电晶体管的允许功耗.
通常可允许的耗散功率(P_C) 如下图所示,随环境温度升高趋向下降.


实际最大环境温度的允许功率耗散可以从上面曲线"P_C-T_A"获得.
除"光电晶体管:集电极电流(I_C)"的绝对最大定额之外,当集电极电流(I_C)超过集电极发射极偏压(V_CE)除以该绝对最大定额获得的值时,可能损毁或发生不可逆转的退化.

光电晶体管：集电极至发射极电压：V_CEO(V)

允许最大电压是当没有正向电流流过光发射端的LED时(LED没有发射光)，能施加在光接收端光电晶体管集电极和发射极之间的电压。
通常,当电源电压达到这个值时,在实际最高环境温度的开关期间,瞬间工作点不能维持在可允许的耗散功率范围内,过功率损坏可能在开关工作时顷刻间发生.
注意，把电源电压控制在一个安全范围内，这样即使在瞬变时间内也不会发生额外的功率损失。

光电晶体管：发射极至集电极电压：V_ECO(V)

允许反向电压是能施加在光接收端的光电晶体管电压。通常，该电压取决于光电晶体管的发射极和基极之间的反向限制电压，并且该电压值较低。
如果施加的反向电压哪怕瞬间超过这个值,就可能损毁或发生不可逆转的退化.

光电晶体管：集电极电流：I_C(mA)

允许最大集电极电流是当环境温度在摄氏25度光接收光电晶体管传导电流时流过光电晶体管在允许的功耗(P_C)范围之内的电流。

电特性

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电流传输率:CTR(%)

当已有的集电极发射极偏压(V_CE)被应用到光接收光电晶体管时,用来表达集电极电流(I_C)比率与指定的正向电流(I_F)相关的一个数值。
CTR (%) = 100 x I_C/I_F

在下图的受光型的光二极管中,这数值取决于集电极电流(I_C) 与前面描述的流过发光二极管正向电流(I_F)之比.


通常,CTR实际上按照正向电流(I_F),环境温度(T_A),或集电极至发射极电压(V_CE)变化.
在使用中，它也根据实际环境温度(T_A)和正向电流(I_F)不断地改变.
当实际使用光耦合器时，获得最小正向电流(I_F)值用于把指定的集电极电流(I_C)传送到光接收光电晶体管中, 关于环境温度(T_A), 集电极发射极偏压(V_CE)和总工作时间，使用CTR-I_F曲线, CTR-T_A曲线, V_CE-I_C曲线和长周期CTR降解曲线, 并且设计正向电流(I_F)值等于或大于那个最小值。

绝缘电阻：R_I-O(W)

当一个高直流电压被应用到输入和输出管脚之间时的初始绝缘阻抗。
既然隔离电阻可能会根据使用环境而变小，如湿度或电压的应用时间；所以在进行设计和测试时需考虑实际使用条件。

绝缘电容：C_I-O(pF)

当一个高频信号被应用到输入和输出管脚之间时的电容。
在输入管脚和输出管脚间的电位差突然改变可能通过这个电容导致输出噪声.
因此，一些产品把瞬时的抗干扰度指定为“共模瞬时抑制(CM)”的规格。
既然该数值会根据布线等情况而增大，因此在进行设计和测试时需考虑这些实际使用时的因素。

共模瞬时抑制：CM(kV/µs)

在连接负载阻抗到输出光电晶体管以及使用电源时，若突然改变输入和输出管脚之间的脉冲的话，在输出光电晶体管的集电极发射极偏压上会产生一些噪声。
当如下的输出噪声电压为指定值时，这个被定义为脉冲上升/下降速度。

发光二极管：正向电压：V_F(V)

当一股正向电流流经LED的光发射端时的管脚间电压。
该数值的产品和正向电流值显示了光发射端的内部损耗。
通常增加正向电流或环境温度下降导致电压V_F上升。

发光二极管：反向电流：I_R(µA)

当指定的反向电压以最大额定值应用到LED的光发射端时，该电流流动。
通常,增加反向电压或环境温度上升导致此电流增加.
在把反向电压应用到LED的电路场合下,在设计驱动电路时要考虑这个值所受到的使用条件上的影响.

发光二极管: 端电容:C_t(pF)

在光发射端的LED管脚之间的电容。
主要地,当光耦合器被关闭，如果该电容的累积电荷没有迅速释放的话，一股小电流持续通过LED放电,并且导致输出关断被延迟。
如下面左图所示,如果驱动电路与LED并行起一个开关作用当LED关断时,由于这个开关快速放掉电荷所以没有问题.
另一方面，如右图所示,如果开关和LED串联的话，通过在LED上并联一个放电电阻将获得更快的关闭参数。


如果LED由逻辑门驱动,开关以串行和并行方式提供.因此,基本上放电迅速发生
然而,在低驱动能力的逻辑门或高饱和输出电压的逻辑门情况中可能需要并上一个放电电阻.

光电晶体管：集电极至发射极的暗电流：I_CEO(nA)

当没有正向电流流经LED的光发射端(LED没有发光)时，在光电晶体管的光接收端的集电极漏电流。
通常增加电源电压或环境温度上升导致此电流增加.
根据负载电阻的阻值，设计时必须考虑该电流在使用条件范围内的最大值。

光电晶体管：集电极饱和电压：V_CE(sat)(V)

当一股指定的正向电流(I_C)流经LED的光发射端时，集电极发射极偏压与光电晶体管的光接收端的指定集电极电流(I_F)相关。
既然该电压会随着正向电流(I_F)、集电极电流(I_C)而发生很大的改变，并且在电流传输率(CTR)中会单独变化和下降，因此设计正向电流和集电极电流值时必须仔细考虑这些因素。

上升时间/下降时间：t_r，t_f(µs)

当一股正向电流(I_F)作为一个脉冲流经LED的光发射端时对输出进行ON/OFF转换，此时输出电压的瞬时变化时间。
这两个数值之和的相反数几乎组成了用于驱动条件的最大工作频率。

传输延迟时间:t_P(µs)

当正向电流作为一个脉冲流经LED的光发射端时，从正向电流(I_F)改变到输出电压改变的延迟时间。
它与"上升时间/下降时间"类似, 但是定义是不同的。“传输延迟时间”指的是从输入改变到输出改变的时间。
当驱动信号周期的角度被定义为360度(2p radians)时，与该数值相对应的角度几乎与信号相位延迟一致。


传输延迟时间产生的机制与普通晶体管一致，产生的机制与普通晶体管一致，但是对于光耦合器而言，基本上不能像普通晶体管那样临时性地把基本电势转换为反向偏压来减少关闭延迟。
基本上,你最好选择有足够速度的产品.然而，如果由于变化而发生低速运行产品变为可能的话，可通过限制产品电流传输率(CTR)等级来进行改善。

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