3.3 Гальваническая развязка

Для электрической изоляции между выходным (мощным) и информационным каскадом используют гальваническую развязку. Есть много способов развязки, но наиболее часто в качестве гальванической развязки используют диодно-транзисторную оптопару.

Схема гальванической развязки на диодно-транзисторной оптопаре приведена ниже (на рис 3.3.1.):

Рис. 3.3.1

Расчёт всех элементов производится, исходя из следующих условий:

1) транзистор VT_опт должен работать в ключевом режиме;

2) допустимый выходной ток I_вых схемы DD1 должен быть больше, чем принимаемый при расчётах входной ток оптопары I_{вх опт}; а поэтому приходится включать в схему электронного блока буферные каскады (DD1) и даже дополнительные буферные транзисторы (на схеме VT_1б и VT_2б);

3) допустимый выходной ток оптопары I_{вых доп} должен быть на 10 – 20% больше I_{вх (предмощного каскада).}

На основании 3-го условия и выбираем оптопару. В нашем случае:

I_выхдоп=I_{kVT1(предмощного)}==120мА. (3.3.1)

И это оптопара 4N25, со следующими параметрами:

U_{ост(вых)}= 1В

I_{вых(доп)}= 150мА

U_вх= 2В

I_{вх гр}= 60мА

t_вкл= 1,2мкс

t_выкл= 1,3мкс

Примем . Тогда исходя из схемы, получаем, чтоVT_1опт– открыт, а VT_2опт – закрыт. Т.к. VT_2опт – закрыт, то составляем уравнение для источника :

(3.3.2)

из которого определяем резистор :

Т.к. , то Ом.

Находим максимальный сквозной ток :

(3.3.3)

Т.к. то наша оптопара выбрана корректно.

Далее определяем входной ток оптопары I_{вх опт}:

I_{вх опт}= I_{вх гр}=(3.3.4)

где (мы выбрали).

По входному току оптопары I_{вх опт} выбрали буферные транзисторы VT_1б и VT_2б, т.к. они одинаковы, то запишем один из них: КТ315Б, его параметры представлены ниже:

U_{кэ доп}= 20В

U_{кэ нас}= 0,4В

h_21эmin= 50

P_доп= 150мВт

I_кo(I_бо)= 1мкА

I_{к max}= 0,1А

С_к= 7пФ

T_{n max}= 120^оС

Теперь необходимо рассчитать резисторы ,,. Для этого возьмём, тогдаопределяется по следующей формуле:

(3.3.5)

А далее находим :

(3.3.6)

где

(3.3.7)

где (для кремниевых транзисторов).

Как известно из практики, для нормальной работы схемы необходимо, чтобы ток, протекающий через делитель напряжения, был всегда больше I_б. Поэтому необходимо выполнение следующего соотношения:

. (3.3.8)

Учитывая выражение (4.3.6) и (4.3.8), получаем следующие величины резисторов и : = 162 Ом и = 83 Ом.

Осталось выбрать только один элемент схемы – это логика DD1 с открытым коллектором. А для этого необходимо вначале рассчитать выходной ток DD1:

I_{вых DD1}. (3.3.9)

В качестве логики берем К155ЛА6 (4И-НЕ).

Проверим корректность расчёта, а для этого необходимо, чтобы выполнялось следующее неравенство:

I_{вых доп DD1}I_{вых DD1} (3.3.10)

Т.к. неравенство выполняется, то можно сказать, что микросхема DD1 выбрана корректно.

Теперь рассчитаем частотные свойства оптопары:

- время на переключение оптопары :

=t_вкл+ t_выкл=1,2+1,3=2,5мкс; (3.3.11)

- рабочий период :

мкс; (3.3.12)

- рабочая частота (верхний предел) :

кГц. (3.3.13)