光耦兼容型隔離驅動輸入側電路配置應用筆記

光耦兼容型輸入隔離驅動

對于光耦兼容型輸入的隔離驅動，比如 SiLM5343AT，它的輸入級是屬于電流型驅動。它不像 TTL 或 COMS 這種電壓型輸入需要特定的電壓來驅動。如圖 1 所示，它的輸入級是一個模擬的電子二極管，當流經這個二極管的電流大于電流閾值（IF）時，驅動輸出電壓（VOUT）就為高，而當輸入端沒有電流時，驅動輸出電壓為低。

圖 1. 光耦兼容型輸入的隔離驅動框圖

本文會介紹兩種常用的光耦兼容輸入側配置電路。對討論的參數基于SiLM5343AT：

模擬電子二極管電壓：VF= 2.1V ~ 2.5V (推薦值 2.25V)

模擬電子二極管電流閾值：IF= 10mA (推薦工作范圍 7mA ~ 16mA)

輸入結構：緩沖器配置

輸入緩沖器結構是輸入信號（一般是由 MCU/DSP 提供的 PWM 信號）經過緩沖器（buffer）后接到輸入陽極 Anode，由緩沖器來提供電流，如圖 2 所示。

圖 2. 輸入緩沖器配置

圖2的外部電阻 REXT取值參考如下公式

如果 VDD=5V, 緩沖器選擇 SN74LVC2G17, ROH_BUFFER=22Ω，那么

在圖 2 中，REXT是分成了兩個電阻 R1，R2 分別置于 ANODE 和 CATHODE 管腳處。這種上下對稱的配置方式有助于改善系統(tǒng)輸入級對共模干擾信號的抑制。實際可以取 R1=R2=130Ω。

輸入結構：MOSFET開關配置

另一種輸入側配置電路是通過一個開關管，比如一個 MOSFET 來控制輸入側的電流，如圖 3。在這種結構中，PWM 通過控制 NFET 的開、關來控制流經模擬電子二極管的電流，從而控制驅動輸出。

圖 3. MOSFET控制輸入電流開關

圖 3 的外部電阻 REXT取值參考如下公式。

如果 VDD=5V, NFET 選擇 2N7002, 它的 RDS_ON=2Ω，那么

NFET 也可以替換為達林頓晶體管，比如 ULN2003A，這種情況下外部電阻 REXT取值公式如下。

如果 VDD=5V, VCE_SAT=0.75V， 那么

ANODE 和 CATHODE 間并聯(lián)電阻

在實際應用中，基于圖 2 和圖 3 兩種輸入配置電路，在芯片引腳 ANODE 和 CATHODE 之間并聯(lián)合適的電阻，可以提供輸入信號關斷時快速泄放路徑，如圖 4。

圖 4. ANODE和CATHODE間并電阻

對于圖 4 中并聯(lián)電阻計算公式如下：

因為模擬電子二極管的 IF 推薦的最小值是 7mA, 如果 VDD=5V，REXT=273Ω, RDS_ON=2Ω,

那么

所以 RPARAL不能小于 750Ω，建議可以取 1kΩ。

ANODE 和 CATHODE 間并聯(lián)電容

在一些應用中，輸入控制信號線很長，容易引入高頻噪聲。此時可以選擇在 ANODE 和 CATHOHDE 間并聯(lián)電容，濾除輸入信號上的高頻毛刺，同時也能吸收關斷狀態(tài)時刻在 ANODE 和 CATHODE 之間的瞬態(tài)震蕩能量。

圖 5. ANODE 和 CATHODE 間并電容

并聯(lián)的電容不能太大，建議取值范圍 100pF ~ 470pF。如果電容過大，會導致 RC 時間常數大，從而影響傳輸延遲時間。下圖為輸入側并聯(lián)電阻 1kΩ 以及并聯(lián)電容為 220pF 和 2.2nF 時的傳輸延遲對比波形。從這個測試結果看，在 2.2nF 的時候，傳輸延遲時間變得非常大了。

通道信息：CH3: VPWM CH4: VOUT

TPLH=88.4ns

(RPARAL=1kΩ, CPARAL=220pF)

TPHL=112.4ns

(RPARAL=1kΩ, CPARAL=220pF)

TPLH=213.6ns

(RPARAL=1kΩ, CPARAL=2.2nF)

TPHL=424.4ns

(RPARAL=1kΩ, CPARAL=2.2nF)

圖 6. ANODE 和 CATHODE 間并聯(lián)電容的測試