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前兩天，開(kāi)始我們樂(lè)創(chuàng)客第一塊開(kāi)發(fā)板的設(shè)計(jì)，當(dāng)我在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，我發(fā)現(xiàn)一些電路設(shè)計(jì)軟件的使用，一些電路設(shè)計(jì)的方案，一些創(chuàng)新的想法，一些元器件的選型這些都是可以記錄成文，并且分享出來(lái)一起討論的。因此從本節(jié)文字開(kāi)始，正式開(kāi)啟電路【電路設(shè)計(jì)筆記】的更新。當(dāng)然，這里的部分電路是我用了非常多年的成熟電路，一些電路是我臨時(shí)創(chuàng)新想出的未經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的電路，這些沒(méi)有被驗(yàn)證的電路我會(huì)指出來(lái)，大家閱讀時(shí)如果發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題也希望不吝指出。

前幾天發(fā)布了一篇關(guān)于使用光耦元器件來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī) IO 口隔離的文章，那篇文章里只是簡(jiǎn)單地介紹了選用光耦時(shí)的注意事項(xiàng)以及使用光耦搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的單片機(jī)輸出電路，本文繼續(xù)來(lái)介紹一些關(guān)于光耦更多的用法。以下內(nèi)容是書(shū)本上絕對(duì)沒(méi)有的知識(shí)，是我自身做安規(guī)時(shí)和認(rèn)證公司 “斗智斗勇”的慘痛經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

電氣間隙與爬電距離

而我們做安規(guī)的時(shí)候選用光耦，法規(guī)上也會(huì)特定對(duì)光耦的絕緣等級(jí)進(jìn)行評(píng)估，這個(gè)評(píng)估的最好反應(yīng)就是光耦的爬電距離和電氣間隙。我們使用光耦的目的，其實(shí)就是隔離兩個(gè)用電部分的電氣關(guān)系，使其處于兩個(gè)獨(dú)立的電氣系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)隔離的目的，可以說(shuō)隔離的最終本質(zhì)其實(shí)是使用光耦的電光 - 光電轉(zhuǎn)換原理使兩個(gè)電氣部分的控制端處于一種絕緣的狀態(tài)，但是又能達(dá)到控制的目的。而所有物體的絕緣都只是一個(gè)相對(duì)量而已，只要兩個(gè)電氣部分的電壓差過(guò)大，那么再?gòu)?qiáng)的絕緣也會(huì)被擊穿，這就好比是閃電擊穿空氣到達(dá)地面一樣。爬電距離是沿絕緣表面測(cè)得的兩個(gè)導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ娏悴考c設(shè)備防護(hù)界面之間的最短路徑。即在不同的使用情況下，由于導(dǎo)體周?chē)慕^緣材料被電極化，導(dǎo)致絕緣材料呈現(xiàn)帶電現(xiàn)象。UL、CSA 和 VDE 安全標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)了爬電距離的安全要求，這是為了防止器件間或器件和地之間打火從而威脅到人身安全。電氣間隙是在兩個(gè)導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ姴考c設(shè)備防護(hù)界（如接 PE（保護(hù)地）外殼）之間測(cè)得的最小距離。

圖 1 爬電距離和電氣間隙

這也就是說(shuō)，我們?nèi)绻@個(gè)光耦是選用在一個(gè)隔離系統(tǒng)中時(shí)，在今后做安規(guī)認(rèn)證時(shí)，一定要事先將光耦的爬電距離和電氣間隙這兩個(gè)參數(shù)確定下來(lái)。比如醫(yī)療器械國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB9706.1（其實(shí)是借鑒了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) IEC60601-1）里面就規(guī)定了某個(gè)測(cè)試條件下，兩個(gè)用電部分的電氣間隙和絕緣等級(jí)。

圖 2 絕緣類(lèi)型和爬電距離

而在我們一些應(yīng)用中，比如開(kāi)關(guān)電源，這種適配器的交流電壓側(cè)和輸出電壓側(cè)是完全隔離的，其中直流電壓的輸出被稱(chēng)為“二次側(cè)”，交流電壓的輸入（網(wǎng)電源的輸入）被稱(chēng)為“一次側(cè)”，一次側(cè)和二次側(cè)是完全隔離的，但是如何將一次側(cè)的能量傳給二次側(cè)呢？很簡(jiǎn)單，就是高頻變壓器，而二次側(cè)的輸出電壓再通過(guò)光耦直接反饋給一次側(cè)進(jìn)行環(huán)路控制。

圖 3反激電源拓?fù)?/p>

面對(duì)這樣的電路，這個(gè)光耦的安規(guī)特性在這里尤為重要，主要體現(xiàn)在要抗住一次側(cè)例如浪涌或者高壓的涌入，保護(hù)二次側(cè)的用電器和人。因此安規(guī)對(duì)這個(gè)光耦的爬電距離以及光耦之間的電氣間隙有了很高的要求。光耦的電氣間隙很好理解，就是其兩個(gè)引腳之間的距離，這個(gè)直接受光耦封裝的影響。而光耦的爬電距離計(jì)算起來(lái)就比較麻煩，最好的辦法就是實(shí)際去測(cè)量，但是封裝對(duì)其也是有影響的。這也就是為什么市面上的光耦發(fā)展了這么久，它們還是這么大的原因。這個(gè)以后在選用光耦的時(shí)候，一定要去重點(diǎn)了解你在行業(yè)安規(guī)要求的爬電距離是多少。為什么我一直強(qiáng)調(diào)爬電距離呢？因?yàn)殡姎忾g隙非常好辦，直接開(kāi)槽就可以解決，但是爬電距離是實(shí)實(shí)在在光耦本身的物理特性所決定的。有些行業(yè)特別注重這一特性，比如醫(yī)療行業(yè)，因此還有特別針對(duì)醫(yī)療行業(yè)生產(chǎn)的特殊封裝的光耦。

圖 4 光耦 OPI1264

除了考慮這些物理距離以外，根據(jù)你做認(rèn)證的要求，還需要注意光耦自身的絕緣電壓。如下 PC817 的參數(shù)。

圖 5 光耦的絕緣電壓

比如這個(gè)光耦絕緣電壓 5000V，那么醫(yī)療認(rèn)證 IEC60601-1 規(guī)定 MOOP 時(shí)候的絕緣電壓要達(dá)到 6000V，那么這個(gè)光耦顯然就無(wú)法被使用在設(shè)計(jì)中了。

光耦的輸出電流

還有一點(diǎn)可能最被大家忽略的是，選用光耦時(shí)一定要注意它的輸出電流。因?yàn)橹拔覀冊(cè)谟?TLP521 驅(qū)動(dòng)一些中間繼電器時(shí)，由于中間繼電器需要很大的驅(qū)動(dòng)電流，因此有時(shí)候根本打不開(kāi)，后來(lái)更換了輸出電流較大的 TLP627 才解決了這個(gè)問(wèn)題。所以大家選用時(shí)要注意，特別對(duì)于做工控和自動(dòng)化的小伙伴們，中間繼電器可以你們的最?lèi)?ài)啊。

圖 6光耦驅(qū)動(dòng)繼電器

過(guò)零光耦

在我們平時(shí)控制的對(duì)象中，控制交流電壓時(shí)，會(huì)用到一種叫做“雙向可控硅”的元器件。比如，控制某個(gè)交流電熱絲，為了達(dá)到絕緣的目的，會(huì)使用光耦加雙向可控硅的方式來(lái)控制。但是雙向可控硅是一種非常神奇的器件，它能很輕松地被打開(kāi)，但是想要關(guān)斷它卻很麻煩，需要可控硅里面流經(jīng)的電流為 0 時(shí)才能正常關(guān)閉。因此，有一種特殊的光耦叫做 MOC-3061 可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，它是一種“過(guò)零光耦”，即哪怕提前給光耦一個(gè)關(guān)閉雙向可控硅的信號(hào)，這個(gè)光耦會(huì)延遲直到雙向可控硅里面的電流為 0 時(shí)，再去執(zhí)行關(guān)閉的動(dòng)作。

圖 7MOC-3061

光耦的選用步驟

1、確定設(shè)計(jì)產(chǎn)品的定位，以及需要達(dá)到的絕緣電壓等級(jí)；2、確定信號(hào)輸出的類(lèi)型，低頻信號(hào)還是高頻信號(hào)，選用能滿足信號(hào)響應(yīng)的光耦；3、確認(rèn)光耦的爬電距離，以選用相應(yīng)封裝的光耦。

光耦電路信號(hào)輸出：