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对于开发工程师来说,看芯片的技术手册是基本功,本例就以光耦的电路为例来讲解一下基本的电路设计过程。 光耦介绍光耦常用于电气隔离,以免外部进来的信号中混有高压,大电流等脉冲,烧坏我们自己的电路或芯片。比如422,485,CAN,或室外的可能遇到雷击的各种传感器和线路,与设备连接时,通常都会用到光耦。光耦比较简单,外围电路也不多,最简单的光耦外部电路只有2,3个电阻,但这2,3个电阻的取值却是有讲究的,很多工程师不明所以,随便抄一个电路,虽然大概率也能用,但往往都不能让芯片工作在正确的状态下。 光耦电路本例以TLP109为例,这是一个5脚光耦,等效电路如下: 首先确定电路参数: 左边是单片机输出,电源是3.3V。 右边是输出到接口芯片,电源是5V。 左右两边不共地,通过DCDC隔离模块实现。 CAN总线,理论最高速度1M,实际电路中用到的速度是500K 参数选取 确定负载电阻首先需要确定的是光耦的负载,本例中光耦的负载是R17后面接的电路,这是一个CAN总线驱动器,其输入电流是微安级别,可以认为没有负载,这里就按1mA负载来考虑吧。 下面开始查手册,图中是对数坐标,不是普通的标准坐标。 因为后续负载忽略不计,所以这里的负载电流,指的是光耦导通时,负载电阻上的电流。
在常温情况下,电路此时是可以工作了。但高温或低温的极端情况呢,还能工作吗? 最后需要查看其他参数,主要是温度相关的电流,电压,功率等参数,确定参数都落在工作区间以内。这一步必不可少,但很多工程师都不会去做这一步,造成最后设计的产品,测试时好好的,发到用户手上,就会出各种各样的问题。 对于温度从125到-40度的工作环境,发光二极管的压降从1.41变到1.62,对应的电流为5.7到5.1mA。 相应的带负载能力都是满足需要的,同时留出的余量也足够在其他参数变化时,电路正常工作。 对于光耦这种温度不敏感的元件来说,这一步不太重要,但对于功率元件来说,这一步极为重要,很可能导致参数会重新选择,甚至无法满足工作环境,而更换元件。 实测CAN总线无法正常收发数据,观察示波器发现,上升沿比较缓慢,上升时间约为5mS,这肯定不行啊,CAN总线速率500K的时候,信号周期也只有2mS啊,最后再次看芯片手册,也就是下表 虽然只是2个电阻值的选取,但对于电子工程师来说,吃透电路原理是非常重要的,如果参数选择不合适,轻则无法工作,重则工作不可靠。 是的,我没有说反,无法工作是小问题,可以在开发阶段就解决问题。而工作不可靠是大问题,很可能付出开发时间和制版费用,甚至批量生产以后才发现问题,那就投大了。 |
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