高速光耦隔離H橋之過程

記得很久很久以前有一次突然想搞一個(gè)全光耦隔離的，H橋高速驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)果花啊花啊，沒多久就畫出來了，還沒有測試就貼到了論壇上去，結(jié)果被網(wǎng)友笑話了一場，雖然很丟面子，但是還是確確實(shí)實(shí)學(xué)到了很多東西的說的。現(xiàn)在就來說說我當(dāng)初的這次經(jīng)歷吧^_^

論壇的關(guān)系圖片有點(diǎn)小，大家還是點(diǎn)開來仔細(xì)看吧

當(dāng)初之所以認(rèn)為這個(gè)電路能實(shí)現(xiàn)高速光耦隔離的H橋驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上也就是看中了那個(gè)6N137（這里用PS9601替代）的高速特性，因?yàn)槭褂?N137就一定能夠?qū)崿F(xiàn)高速的特性，結(jié)果就想當(dāng)然的連接了一下以為就可以實(shí)現(xiàn)高速的H橋驅(qū)動(dòng)了，其實(shí)完全不是怎么一回事的，

這里我就給大家說說這樣的電路有哪些問題吧

**，vmos雖然看似是電壓驅(qū)動(dòng)器件，但是實(shí)際上還是需要擁有相當(dāng)?shù)万?qū)動(dòng)內(nèi)阻的器件才能使它高速的開關(guān)的，為什么呢，因?yàn)関mos存在著一個(gè)容量非常可觀的Cgs，也就是G和S電極之間的等效電容，這個(gè)電容的容量差不多有2000p左右，視具體管子有所出入，但是都不小的說，由于這個(gè)電容的存在，就導(dǎo)致了這個(gè)電路的速度永遠(yuǎn)都不可能達(dá)到高速，我們顯卡左下角的M1管子，可以看到關(guān)斷是使用的三極管關(guān)斷的，可能這個(gè)勉強(qiáng)還算過的去的，但是Vgs的上升就要緩慢的多了，因?yàn)樗幸粋€(gè)rc時(shí)間，差不多是10k*2000p這個(gè)時(shí)間可不短了哦。可想而知M1的導(dǎo)通是多么的緩慢的說。再來看看更要命的M2吧，這是一個(gè)PVMOS的功率管，可以看到這樣的當(dāng)M2開啟的時(shí)候是由晶體管來控制的所以相對來說還是過的去的，那過不去的就是關(guān)斷時(shí)間了，這個(gè)就真的比較要命了，由于MOS管的特性，關(guān)斷時(shí)間遠(yuǎn)慢于開啟的時(shí)間。結(jié)果就是M2還沒有關(guān)斷的情況下，M1就已經(jīng)開始慢慢導(dǎo)通了，導(dǎo)致了兩個(gè)管子上下導(dǎo)通產(chǎn)生了相當(dāng)大的電流，用不了多久內(nèi)阻稍大的P溝道M2這個(gè)管子就會(huì)發(fā)熱嚴(yán)重，慢慢的就過熱燒毀了。這就是為什么很多人都說H橋容易燒P管的原因了。

**，我們再來看看這里的vmos的控制電壓，由于受制于6n137的工作電壓，Vgs*高只有5v，遠(yuǎn)低于irf640的完全導(dǎo)通電壓，所以導(dǎo)致vmos始終工作在高內(nèi)阻區(qū)，功率管發(fā)熱嚴(yán)重，所以這樣的電路是**不具有任何實(shí)用性的。

既然分析后知道了上述原因，那我們應(yīng)該如何才能修正這樣的問題呢？
其實(shí)原本是很復(fù)雜的，簡單的說就是6n137后面接放大電路，然后再推挽控制mos管子的開關(guān)和關(guān)斷，

大家可以參考這個(gè)電路的原理，但是實(shí)際上這樣的電路由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非常不適合實(shí)際使用，同時(shí)由于放大器也具有可觀的延遲，所以*終還是破壞了我們得到高速隔離mos管驅(qū)動(dòng)的目的。要速度快就要用高速運(yùn)放，還是價(jià)格很可觀的哦。所以不建議使用

不過現(xiàn)在就比較方便了，推薦使用專用的mos管驅(qū)動(dòng)用光耦，比如東芝的tlp250就是不錯(cuò)的選擇

大家可以看到內(nèi)部已經(jīng)幫我們集成了放大器和驅(qū)動(dòng)電路了，能夠在保證基本速度的情況下極大的簡化外圍電路的使用，方便我們簡化H橋的電路，強(qiáng)力推薦使用

說道這里再給大家說個(gè)事情吧，那就是光耦隔離下的uart的串口通訊問題，

記得有不少朋友都碰到過，就是一個(gè)串口接上了普通的低速光耦，結(jié)果串口通訊就無論如何也調(diào)試不出來了，非要使用6n137這樣昂貴的高速光耦才能正常通訊，其實(shí)不然，這里我教大家一個(gè)使用普通廉價(jià)低速光耦也能完成基本串口通訊的方法吧

如圖所見，大家可以看到了這是市面上及其常見的廉價(jià)的ps2501光耦，我是因?yàn)閜spice里面就它有模型才調(diào)用的其實(shí)別的電路也都一樣的因?yàn)榛旧纤褪?爛*便宜的那個(gè)的代表了，不過通過19200波特率還是很輕松的

我們可以翻看他的手冊，得知tr=3us tf=5us 這點(diǎn)速度已經(jīng)遠(yuǎn)小于19200波特的26us的脈沖寬度了，所以器件理論上是可行的

再來看一下為什么平時(shí)大家都接的但是卻不好用，這里給大家分析一下原因吧

我們要知道光耦的速度和光耦輸出三極管工作電流有關(guān)系，為什么呢，因?yàn)楣ぷ麟娏髟酱螅瑀24就必須越小，r24越小，這樣r24和晶體管本身的結(jié)電容的rc充放電時(shí)間就短，這個(gè)rc時(shí)間短了，晶體管的開關(guān)速度也就自然上升了，但是晶體管的工作電流是由發(fā)光二極管的光照強(qiáng)度決定的，還有電流傳輸比決定的，所以發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流也要適當(dāng)增加才能滿足隔離晶體管的電流需求，一般cpu的io可能不能提供如此大的電流，所以這里使用一個(gè)8550做了**電流放大，當(dāng)然如果你的單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電流夠大的情況下也可以不用這個(gè)三極管。還有一點(diǎn)就是可以看到后面的這個(gè)三極管是接的共集電極接法，而不是常見的共發(fā)射極接法，這是因?yàn)楣布姌O接法的速度遠(yuǎn)比共發(fā)射極接法來的快，同理前面的Q2也用的是共集電極接法來盡可能的提高光耦的速度，減少延遲。
再說一下光耦的電流也不是可以無限制增加的，*好在使用之前看一下手冊上說明的*大工作電流，然后計(jì)算好適合的電阻再用。否則容易燒毀光耦。
*后給大家?guī)讖埛抡娴臏y試圖片

這個(gè)是工作在19200波特率下，電壓3.3v情況下的光耦發(fā)光二極管電流和晶體三極管的電流仿真圖

這張圖實(shí)在同等測試條件下的電壓曲線圖，可以看到ps2501這個(gè)垃圾光耦在19200的波特率下的波形良好，使用完全沒有任何問題^_^
補(bǔ)充一下r24和r23的計(jì)算方法，r24等于（電源電壓-0.2v）除以手冊上的晶體管的極限工作電流，
r23等于晶體管的極限工作電流除以電流傳輸比，得出發(fā)光二極管需要多少電流就可以讓后面的晶體管完全飽和了。然后用（電源電壓-1.8v）除以這個(gè)電流，就是r23的取值了，當(dāng)然在滿足速度的情況下r23和r24都可以適當(dāng)增大阻值減少功耗