光耦PC817参数解析及应用

PC817为单通道光耦,PC827为双通道光耦,PC837为三通道,PC847为四通道光耦。PC817属于线性光耦元件。

PC817内部框架和引脚图

PC817的生产厂家有很多,其中有些参数可能有差异,我们随便拿一个规格书来看下。

正向电压 (Forward Voltage, V_F):通常在 1.2V 至 1.4V 范围内,具体值依赖于输入电流。通常工作电流为 10mA 时,V_F 大约为 1.2V。

反向电压 (Forward Voltage, V_R):6V

对于 LED 输入端,虽然它是单向导电的,但在设计时要考虑反向电压的保护。若输入端反向电压超过一定6V,可能会对光耦造成损坏。可以在输入端串联一个二极管防止反接。

正向电流 (Forward Current, IF):最大输入电流为 50mA

  • 要确保光耦的输入端(LED)驱动电流适当,过大的电流会导致过热或损坏,过小的电流则可能无法有效驱动光电晶体管。常见的推荐输入电流为 10mA 至 20mA。
  • 选择适当的限流电阻来控制输入电流。例如,当驱动电流为 10mA 时,可以根据电源电压计算限流电阻

比如输入电压3.3V,则Rd=(3.31.2)/0.01=210Ω
如果串联二极管,注意二极管的压降。
在设计时,注意在光耦的输入和输出端加入适当的滤波电路,以减少噪声干扰。
比如我们之前拆结果的隔离模块的电路

电容C1可以滤除信号线上的杂波干扰,尤其是现场使用劣质的开关电源的时候,杂波干扰非常大,这个电容建议必须要加,大小根据实际情况调整,太大的电容可能影响响应速度。

集电极-发射极电压 (V_CEO)最大为80V,不同厂家的产品可能参数不同。使用时,输出端最大电压不要超过此值。

集电极电流 (I_C):最大为 50mA。由于输出驱动能力有限,因此需要合理设计负载电路。

CTR (Current Transfer Ratio): 这是光电耦合器的一个关键参数,表示输入电流和输出电流之间的比率。CTR越高,意味着相同的输入电流可以引起更大的输出电流,通常在 50% – 600% 之间。当然这个值只是在放大区有效。

由于我们是用作传输数字信号,所以只用关注光耦的截止区和饱和区。所以输出电阻的选择也至关重要。

当输入端为10mA时,该光耦的传输比最小为50%,也即输出端在外部电路合适的情况下,最小也有输出10mA*50% = 5mA 的能力。所以,为了保证输入端有电压时输出端进入饱和区,则需要的输出端电阻最小为:

RL = 3.3V / 0.005 = 660欧姆

当电阻更大时,导通时电阻上的压降更大,就更容易进入饱和区。所以该阻值要往大了选。

另外,CTR受温度,IF,VCE,批次都有关系,因此要保留足够的余量。

PC817ABCD,尾缀不同CTR电流参数比不同,A最小,D最大。CTR比越大。

响应时间 (Rise Time / Fall Time):

上升时间 (Rise Time, t_r) 和 下降时间 (Fall Time, t_f):一般情况下,响应时间在 1μs 到 5μs 之间,取决于输入电流和负载条件。

PC817 的响应时间相对较慢,如果应用场合要求高速切换(如高速数字信号传输),可能需要选择响应时间更快的光耦

隔离电压 (Isolation Voltage):PC817 的工作隔离电压通常为 5000V,这表示输入和输出之间可以保持较高的电气隔离。

应用:

当两个电路系统之间需要传输信号,但为了避免电压波动、瞬时过电压、共模干扰等影响,必须进行电气隔离时,使用光耦来实现隔离。例如:在一些高电压设备(如工业设备)上,传感器采集到的信号通过光耦进行隔离,确保数据传输的安全性和稳定性。

在不同电压电平之间需要进行信号转换时,光耦可用于确保信号的完整传输。如5V系统与3.3V系统之间的信号传输,光耦可以用来在两者之间实现信号的传递,同时提供电气隔离。

当需要监控电流或控制开关状态,尤其是在电流较大或者电压较高的电路中,光耦可以用来隔离控制端与受控端,防止电流过大或过高的电压损坏控制电路。比如,在继电器驱动中,光耦用于电路的隔离和控制。通过光耦传递控制信号来驱动继电器开关电路,而无需担心继电器的电压和电流对控制电路的影响。在电源管理系统中,光耦可以用于检测电流大小并在电流过大时控制电路的开关,提供保护。

光耦具有较好的抗干扰性和高速响应能力,适合于传输高频信号,尤其是在干扰较大的环境中。

在一些长距离的信号传输中,光耦能够有效地传输信号并避免信号衰减,同时提供电气隔离。

在一些需要安全设计的系统中,如医疗、航空、军事等,光耦可以作为电气隔离装置,以保障操作人员的安全。

一些敏感电路(如微控制器、传感器等)容易受到外部高电压或噪声的影响,光耦可以作为保护措施,将干扰和高电压隔离开。

作者:Roc Huang

芯片行业从业人员

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