Нюансы оптронной развязки, борьба с её недостатками и интересный на мой взгляд костыль: как разогнать скорость копеечной опторазвязки и наполучать других бонусов. Я не силён в рекламе, поэтому на месте КДПВ будет сразу тема статьи.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/47d/ebd/07b/47debd07b799091d41a04a2c09b8625c.jpg)
Я - инженер-электронщик. Или схемотехник. Или, как это только не называют на биржах труда - электроник, железячник, hardware engineer. В общем, кую железо, и не могу не куя). Интерес к этой профессии мне уже много лет подогревает возможность в каждом проекте сделать хоть маленькое, но открытие. Я думаю, что больше половины Хабра может сказать о себе то же самое, поэтому и я тоже тут застрял.
Скорее всего каждый инженер-схемотехник рано или поздно сталкивается с необходимостью гальванической развязки сигналов. Избавиться от помех по общему проводу или питанию, не сжечь интерфейс при выравнивании потенциалов, не взбодрить пользователя фазным напряжением. Логично, что и способов развязки электрических сигналов придумали достаточно много: реле, трансформаторы, ИК, радио, оптоволокно, ну и конечно разнообразные цифровые изоляторы, клоны или не клоны знаменитых ADUMов.
Обычный транзисторный оптрон, типа PC817 или его ещё большее количество клонов - наиболее дешёвое решение для развязки. Это довольно странно с технологической точки зрения. Ведь оптрон, в отличии от большинства других микроэлектронных изделий, содержит два кристалла, а не один. На подложках для светодиодов (GaAs, InP) транзисторы делать получается дорого. А самый ходовой материал микроэлектроники - кремний - как назло, не светится. Тем не менее за счёт массовости стоимость такого изделия оказывается в районе 2 ₽.
![Изображение взято с сайта https://electricalschool.info/electronica/2060-optopary-harakteristiki-ustroystvo-primenenie.html Изображение взято с сайта https://electricalschool.info/electronica/2060-optopary-harakteristiki-ustroystvo-primenenie.html](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/73d/0dc/971/73d0dc97164f2f3a8607bfb48e5a31de.png)
https://electricalschool.info/electronica/2060-optopary-harakteristiki-ustroystvo-primenenie.html
Не 200, как цифровой изолятор от заслуженных мэтров микроэлектроники. И не 20, как современные китайские изделия. А всего 2 (два прописью).
Дисклеймер: [ Я сейчас говорю не про разовые сборки DIY, а про серийное изготовление. Где с ростом партии идёт борьба за каждый занюханный резистор. Для разовых изделий, конечно, стоимость разработки начинает играть значительную роль, и лучше не опускаться до нюансов дискретной схемотехники, а взять то, что лежит на поверхности, сэкономив время. Но если вдруг эта статья поможет хотя-бы 3-4 разработчикам применить более оптимальное решение в своих 9-12 проектах, польза будет налицо. ]
Итак, не всё то - золото, что блестит. И не всё то - г.., что лежит в сторонке и не отсвечивает. Но за кажущуюся простоту приходится платить по крайней мере внимательным прочтением описаний. А вот тут, как говорил один известный персонаж, есть нюансы.
![Это описание на оптрон PC817 от SHARP Это описание на оптрон PC817 от SHARP](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/11b/19a/735/11b19a73560ef331a19d911651fc6121.png)
CTR - это коэффициент передачи тока. Отношение тока на транзисторном выходе оптрона к току через светодиод на входе. Разброс как минимум в 2 раза. И это не от того, что фирма SHARP их так хреново сделала, а это в принципе большой баг технологий микроэлектроники. Процессы диффузии, которые используются при изготовлении чипов, подчиняются тем же правилам, что и скорость химической реакции. Процесс ускоряется в 2-4 раза при увеличении температуры на 10°C. Диффузия идёт значительными темпами при температуре, приближающейся к плавлению кремния, а это больше 1000°C. Нагреть, точно удержать и потом охладить получается сложно. Отсюда и разброс.
На самом деле разброс параметров выходит раз так в 10, а не в 2. Просто после изготовления готовые изделия сортируются по CTR в процессе тестирования. Специально никто не делает CTR 80-160%, когда можно 300-600%. Также специально никто не делает CPU на 2 GHz, когда в соседнем цеху делают 4 GHz. Просто так получается. А что выходит за рамки - идёт обратно в переплавку. Почти чистый кремний тоже денег стоит.
Второй нюанс - уплывание параметров в зависимости от температуры. И тоже в 2 раза. Для устройств, которые работают в офисных условиях, это кажется не так актуально. Но даже они, бывает, разогреваются. А уж то, что работает, например, в автомобиле - и в Якутии, и в Дубаях должно работать без вопросов. Про самолёты и бороздящие просторы вселенной космические корабли вообще молчу - это отдельная тема.
![Оттуда же. И это ещё типовая кривая, на счёт неё производитель гарантий никаких не даёт. Оттуда же. И это ещё типовая кривая, на счёт неё производитель гарантий никаких не даёт.](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/f0d/659/e99/f0d659e993bea9723888e729f9831584.png)
К чему я это? Для надёжной передачи цифрового сигнала через оптрон необходимо получить надёжные полностью открытое и закрытое состояния выходного транзистора. Иначе вся вся прелесть цифрового сигнала пропадает - логические уровни сигнала перестанут быть логическими, перестанут попадать в отведённые для них рамки.
[ Я тут ещё не учёл уплывание прямого напряжения светодиода от температуры и экземпляра. При питании 5 V это не большая проблема - поставил резистор, и ограничил ток. При 3,3 V уже сказывается. А при 1,8 V - очень важно. Но это уже более глубокое погружение. ]
Итого: чтобы передать сигнал, нужен запас по CTR как минимум в 4 раза, а лучше побольше. То есть, когда светодиод светодиодит, транзистор должен быть глубоко в насыщении. Этот факт ещё пригодится в дальнейшем.
Теперь нюансы про скорость. Что нам говорит описание?
![Вроде неплохо. Чтобы, например, раз в месяц снятьпоказания с электросчётчика - запас по скорости колоссальный Вроде неплохо. Чтобы, например, раз в месяц снятьпоказания с электросчётчика - запас по скорости колоссальный](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/827/0c4/4ee/8270c44ee40757948ff0f70dd58d3b5e.png)
показания с электросчётчика - запас по скорости колоссальный
80 типовых kHz в аналоговом режиме - да, неплохо. Но этот режим мы не можем нормально использовать по причине разброса CTR. Ладно, смотрим, что в "цифровом" режиме. При таком разбросе задержек, наверное, длительность бита в 30 μs (33 kBit/s) скорее всего прокатит. Но тут опять появляется знакомый персонаж с нюансом...
![Здрасьте! Что-то вы меня часто вспоминаете. Здрасьте! Что-то вы меня часто вспоминаете.](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/869/0d9/d5d/8690d9d5d14bd94070f78f985ace890d.png)
Ic (ток коллектора)=2 mA. Нагрузка 100 Ω. Цифровые устройства у нас в основном сделаны по технологии КМОП, и логические уровни у них задаются напряжением, а не током. И господин Ом нам говорит, что на такой нагрузке сигнал будет 200 mV. А такой сигнал не увидят ни знаменитые фруктово-ягодные, ни овощные устройства. Разве что Ардуина включит свой АЦП и их всех оцифрует.
А если вспомнить про разброс CTR, то этими цифрами из описания мы вообще можем подтереться не можем воспользоваться. На кой их вообще тут пишут? Ладно, посмотрим, что в других режимах. А там вот что:
![Это изделие фирмы LiteOn. Примерно то же самое Это изделие фирмы LiteOn. Примерно то же самое](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/cd3/147/1e4/cd31471e4b4416e450260fd2e5eac761.png)
Не лучше. Чтобы получить сигнал 3 V (помним про разброс CTR), придётся поставить нагрузку 3 V / 2 mA / 4 = 6 kΩ. И уже цифра даже типовой задержки вырастает до 90 μs. А это уже не позволит нормально "гонять" данные даже на 9600 bit/s. Да, мы ещё можем поднять ток светодиода, но ведь хочется его подключить к обычному цифровому выходу. И часто каналов опторазвязки, как в ПЛК, например, может быть сильно больше одного - нарвёмся на ограничение общего тока через GPIO. И тут уже оптрон за 2 ₽ действительно превращается в кусок оптрон за 2 ₽.
Но это тоже ещё цветочки. Взгляните на предыдущую картинку повнимательнее. На графике написано условие теста Vce=2V. Не VCC. То есть, в этом тесте выходной транзистор не насыщается! Тест искусственный, и в таком режиме оптрон без танцев с бубном не годится для передачи дискретного сигнала. Так что и с этими цифрами нам придётся сделать то же, что и с предыдущими.
А вот в условиях следующего теста выходной транзистор насыщается. И логические уровни уже будут действительно логическими с точки зрения КМОП.
![Это более полезное описание FODM214 от OnSemi Это более полезное описание FODM214 от OnSemi](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/a3f/2b0/bcb/a3f2b0bcbf83018c959fbba5884bd923.png)
Да даже по картинке видно, что всё становится на свои места. Тот, кто погружался в схемотехнику биполярных транзисторов, я думаю, вспомнит про насыщение, и его главный баг - время рассасывания носителей заряда. Время отключения значительно (на десятки микросекунд) больше времени включения даже у гигагерцовых транзисторов. Я не нашёл удачную прямую ссылку про этот термин, но вот более-менее похожее объяснение процесса, если интересно.
Чтобы победить этот баг, применяли и применяют разные костыли:
ТТЛШ - автоматически закрывает транзистор, когда он близок к насыщению. Сейчас редко используется, но когда-то это был большой прорыв в цифровой микроэлектронике
БТИЗ (IGBT) - принцип увеличения скорости похож на ТТЛШ. Маломощный полевой транзистор не даёт насытиться мощному биполярному. Жадина-говядина такая)
ЭСЛ (ECL, PECL) - биполярный транзистор не работает в режиме насыщения, только в отсечке. До сих пор самая скоростная технология цифровых микросхем, применяется не часто, но для полноценных 40-100 Gbit/s - одно из немногих решений.
Принудительное удаление лишнего заряда из базы подачей напряжения обратной полярности. Обычно делается с помощью конденсатора, как вот тут, например
![Через C5 и C6. Но и T2 тоже помогает Через C5 и C6. Но и T2 тоже помогает](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/3d2/23e/7f7/3d223e7f70d6a7537e2425f4760b2015.png)
Уменьшение сопротивления нагрузки, судя по описанию, тоже позволяет отключить насыщенный транзистор быстрее. Но это лишняя потребляемая мощность во включённом состоянии. Как быть? Одна такая цепь уже хочет кушать десяток миллиампер, а что будет, если она не одна? Да ну их, проще уже цифровой изолятор поставить и не грызть мозг.
Но воспользуемся принципами КМОП - поставим комплиментарную пару оптронов. И уберём прожорливую нагрузку. Что будет? Для удобства повторю картинку со схемой.
![Ещё раз Ещё раз](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/c76/ca5/bdf/c76ca5bdf803afc98793f61b71d81c64.jpg)
Параметры схемы:
R1 = R2 = 470 Ω для скорости до 50 kbit/s. 220 Ω, если хочется разогнать до 100.
VD1 - BAT54J
DA1 и DA2 - оптроны EL3H7(B)(TA)-G
VCC1 = 2,7..5,5 V, но в принципе и выше в зависимости от R1,R2
VCC2 = 1,5..80 V (да, именно такой широкий диапазон!)
Как это работает:
Когда на входе логический "0", то включён светодиод у оптрона DA1, и на выходе чёткая логическая "1". Когда на входе "1" - включён DA2, и на выходе "0". То есть схема инвертирует сигнал, но если поменять местами транзисторы, инверсии не будет.
Открытый верхний транзистор помогает быстро выключиться нижнему. И наоборот. Из-за этого достигается гораздо большая скорость работы, чем в классической схеме с нагрузочным резистором. Естественно, не бесплатно, а ценой второго оптрона за ещё 2 ₽.
Во время переключения через транзисторы успевает пройти порция сквозного тока, как и у КМОП-схем. Зато в статическом режиме, не важно 0, или 1, выход ест всего лишь микро- или нано-амперы утечки через закрытый транзистор. Когда в качестве питания изолированной части схемы приходится подтягивать какие-то фантомные источники, низкий ток питания может оказать хорошую услугу, упрощая схемотехнику.
А когда вход отключён (высокоимпедансное, Z-состояние GPIO), что будет? В левой части схемы ток потечёт по цепи R1-VD1-R2. Оба светодиода погаснут, и в правой части тоже окажется классическое высокоимпедансное состояние GPIO. Так что не зря я выложил дополнительные 2 ₽ за второй оптрон - схема даже в статике передаёт больше одного бита информации.
Итого:
Скорость достаточно высокая для копеечной схемотехники. Меньше, чем у цифровых изоляторов, конечно, зато...
Нет привязки к напряжению питания. В промышленных приборах, например, встречаются логические уровни в 24 V. Или уровни ±12 V. А выход и к 1,8-вольтовой логике подключить можно
Выход не потребляет ток в статическом режиме. Такого цифровые изоляторы не умеют
Полностью копирует GPIO - передаёт 0, 1 и высокоимпедансное состояние. Бывают случаи, когда это нужно
Если любителям или профессионалам схемотехники статья зайдёт, буду писать ещё. Читайте даташиты, и пребудет с вами сила! Всем - добра!
Комментарии (54)
Ivanii
20.07.2024 13:44У китайских клонов CTR в 1 партии сильно отличается, иногда даже за пределами документации.
alcotel Автор
20.07.2024 13:44+1Да, они такие шутники. Поэтому я запас по CTR делаю побольше. В последний раз мне с али вообще пришла лента, на которой все чипы по-разному маркированы. Часть EL3H7, часть EL3H4, часть вообще какой-то THP1 947. Даже нашёл, что это.
Hidden text
Работают, однако
randomsimplenumber
20.07.2024 13:44+6А что всё таки со сквозным током? Если на вход подать сигнал с неидеальными фронтами, и достаточно высокой частоты?
alcotel Автор
20.07.2024 13:44+1Если на вход подать сигнал с неидеальными фронтами, и достаточно высокой частоты?
Эта схема на работает в аналоговом режиме. VD1 не даёт включить оба оптрона одновременно. Если удалить VD1, нагрузить выход и подобрать оптроны с идентичным CTR - скорее всего та самая типовая "Cut-off frequency 80 kHz" и получится.
Радиолюбители делают так, видел. Для передачи аналогового сигнала существует даже специализированный оптрон IL300. Полоса 1,4 МГц, но стоимость адская при не особо большой точности. Проще сигнал оцифровать и передать через цифровой изолятор.
sim31r
20.07.2024 13:44+1Возможно аналоговый сигнал проще и дешевле передать через дешевый оптрон используя обратную связь на другом аналогичном оптроне. То есть передали обратный сигнал в одну сторону, потом через такой же оптрон в обратную сторону, сравнили 2 сигнала и устранили ошибку обратной связью. Некоторая ошибка останется, но чем более похожи 2 оптрона, тем ниже ошибка. Тем более температура у них одинакова.
alcotel Автор
20.07.2024 13:44+5А что всё таки со сквозным током?
Специально не измерял. Величина сквозного тока ограничена тем самым CTR. Время протекания сквозного тока не превышает задержки.
Да и что же это я написал статью без пруфов, чисто теоретическую? Нет. Пруфы - в студию!
Это сигналы на входе (жёлтый) и выходе (голубой) в оригинальной схеме. То же самое, если убрать VD1. Работает даже побыстрее, но при Z на входе - сквозной ток на выходе. Хотя от сквозного тока я защитился фактически дважды
Собственно, та самая схема вживую. Схема такая-же, только без инверсии, и сигнал TXEN=0 в рабочем состоянии. Плату не покажу, ибо. NDA. Плата собрана в китае на JLCPCB.
Если прям интересно будет, отпаяю, замеряю фактический CTR подопытных.
Tomasina
20.07.2024 13:44+1Плату не покажу, ибо. NDA. Плата собрана в китае на JLCPCB.
Одно другому не противоречит?
alcotel Автор
20.07.2024 13:44Конкретно за это изделие мы не сильно боимся. Китайцы по крайней мере не выкладывают проекты в общий доступ, и тут для повторения ещё прошивка адекватная нужна. Но в принципе проблемы копирования иногда появляется, думаем в сторону обфускации.
Johan_Paul_2
20.07.2024 13:44Что это было? Вольная фантазия на тему электроники?
alcotel Автор
20.07.2024 13:44+26Да, просто частный случай. Не монография с отвлечением на отвлечённые темы.
В хабах по электронике, схемотехнике, DIY, микроконтроллерам, FPGA много очень крутых авторов. И очень часто при поиске решения поисковик отправляет меня в итоге на хабр. Но кликбейтного шлака, не имеющего практической ценности, тоже стало много. Не буду показывать пальцем, Вы сами видели.
Я понял, что надо это исправлять. А путь только один - писать самому и лучше. Вот, пробую.
nehrung
20.07.2024 13:44+6Что это было?
Это - то самое, что полностью подпадает под сетование "И как же это я сам до такой элементарщины не догадался?".
Solgo
20.07.2024 13:44+5Китайские партнеры завезли микросхемы CA-IS3720, CA-IS3721, CA-IS3722. Цифровые изоляторы на любой вкус, цена от 17руб. Активно применяю, проблем не заметил.
alcotel Автор
20.07.2024 13:44+1Про цифровые изоляторы я в статье тоже упоминал. Ключевое слово "20" рублей как-раз. Налетай, подешевело! Поэтому да, использую в своих разработках достаточно часто.
Но, например, чтобы открыть IGBT, придётся ещё немного попотеть, ибо 12 V. И даже 2 мА гальванически изолированного питания приходится откуда-то доставать. Околонулевое потребление в статике всё же даёт возможность какое-нибудь фантомное питание нахаляву получить.
Одну и следующих статей собираюсь посвятить как-раз обзору цифровых изоляторов. Есть у них нюансы с задержкой и джиттером, например. А изоляция I2C - вообще отдельный квест. Но надо будет тоже с пруфами посидеть, осциллограммы поснимать.
Ivanii
20.07.2024 13:44+1CA-IS3721HS за 13 рублей 2 канала 100 Mbps, а силовым ключам все равно драйвер нужен и лучше специализированный.
Solgo
20.07.2024 13:44Да, я тоже сомневаюсь что предлагаемой схемой можно надёжно управлять силовыми транзисторами, только если включить - выключить нагрузку. Я бы в силовые преобразователи такое точно не стал ставить, даже в низкочастотный (20КГц), слишком цена отказа дорогая у такого дешёвого решения.
И непонятно как с температурой времянка у этой схемы поплывет.
alcotel Автор
20.07.2024 13:44Я поэтому про скоростные MOSFETы даже не заикался. А для более медленных IGBT на 1-5 кГц - уже вполне нормальный пуш-пульный драйвер. И питание вполне честного драйвера 0,01 мА незазорно и из 50-герйовй сети через конденсатор получить.
jaiprakash
20.07.2024 13:44Из описания китайских микросхем так и не понял принципа работы. Уж не конденсаторный ли, как у ISOxxxx от TI?
alcotel Автор
20.07.2024 13:44Конденсаторный, но как у Silicon Labs скорее всего. У TI и AD решения существенно дороже вышли.
aamonster
20.07.2024 13:44Это ж, наверное, какое-то типовое решение?
А сразу в готовом виде сборок нету (ну или просто сборок вида N оптопар в одном корпусе)? Было б логично, чтобы гарантированно иметь одинаковые параметры транзисторов.
alcotel Автор
20.07.2024 13:44+1Искал давно, но не нашёл. Вот это решение в чём-то похоже, и скорее всего именно оно меня натолкнуло на пуш-пульное включение. Поэтому здесь идею и выложил. Вдруг кому понадобится.
С шагом выводов 0,1" таких полно. Те же PC827, PC847. С шагом 0,05" скорее всего тоже бывают. Но идентичность параметров производитель не гарантирует. Часто разброс даже больше, чем у одиночных.
sim31r
20.07.2024 13:44+1Зато в одном корпусе у оптронов температуры одинаковые, должно теоретически улучшать идентичность. Но конечно в теории и нужно тестировать.
Luboff_sky
20.07.2024 13:44Такую схемотехнику для "разгона" оптронов применяли оооочень давно. Советская автоматика А705-15-ххМ (до сих пор в стою))).
alcotel Автор
20.07.2024 13:44А есть, где схему подсмотреть? Максимум, что я находил - это, это, но это всё модели. Вот это совсем близко. Ещё на EE stackexchange интересные вещи находил про передачу z-состояния, но ссылка не сохранилась.
Luboff_sky
20.07.2024 13:44Схемы в "синьках" на работе - только фотографировать))) Там Z не нужно, стабилитрон отсутствует.
alcotel Автор
20.07.2024 13:44Если это не сверх-секретно) оооочень интересно было бы увидеть. В "синьках" часто зафиксирован очень важный опыт наших предков. Намного важнее, чем, например, в патентах.
Нет никакого практического смысла переизобретать велосипеды и троллейбусы их хлеба. Жалко только, что не всегда открытых ресурсов хватает.
Solgo
20.07.2024 13:44+4Там диод шоттки стоит, чтобы в Z состоянии не хватало напряжения зажечь оба светодиода.
antonsosnitzkij
20.07.2024 13:44Схема кстати напоминает балансный фотоприемник, а тема разгона — Radio over Fiber
alcotel Автор
20.07.2024 13:44+1Прям дежавю какое-то. Как ни странно, с "Radio over Fiber" я знаком с где-то с 2002 года.
Причём с полностью пассивной системой, когда на передающую антенну приходит только волокно, без электропитания. И в обратную сторону - снять сигнал с приёмной антенны - тоже была посильная задача.
В массы это тогда не взлетело. Но может, мы чего-то не знаем, ведь кое-кому электрически-пассивные штуки всегда были интересны.
VT100
20.07.2024 13:44+1Спасибо.
Вот такой апофеоз разгона был недавно. Например - https://habrastorage.org/r/w1560/getpro/habr/upload_files/a4b/c42/632/a4bc426322ac67ff6bead57c4def140b.png Но надо проверять, что там за модель светодиода. У него тоже есть своё быстродействие.
alcotel Автор
20.07.2024 13:44+1Да, это тоже видел. Здесь в ответах ссылку приводил. Логика тут есть - нагружаем оптрон так, как в спецификации указано, без насыщения транзистора, в линейном режиме, и получаем ощутимый профит. То, что до логического уровня сигнал нужно ещё и усилить - это незначительные мелочи)
Пусть даже этот апофеоз разгона - чисто модель, а не реальный кейс. И я вполне верю, что CTR на 100 МГц будет больше нуля. Но этого недостаточно, чтобы передать цифровой сигнал. Скорее всего на 50 МГц CTR будет в 2 раза больше, а на 25 МГц - в 4 раза. А 5 нулей подряд после единицы такая штука как передаст? Эквалайзер подключать?
Если чисто тактовую частоту 100 МГц передать - я вообще не буду оптрон ставить, а печатный трансформатор накручу. Одни из первых изоляторов - олдовые ADUMы от Аналоговых Девиц под капотом ведь так и работают.
VT100
20.07.2024 13:44+1Логика тут есть - нагружаем оптрон так, как в спецификации указано, без насыщения транзистора, в линейном режиме, и получаем ощутимый профит.
Я бы сказал, не столько в линейном, сколько фиксируем каскодом напряжение на фототранзисторе и попадаем в двух зайцев:
и насыщение не допускаем;
и Миллера приструняем.
Indemsys
20.07.2024 13:44+3По ходу повествования как-то забывается, что главня цель - изоляция. И вот про нюансы этой изоляции как-то не раскрыто. Создается ложное впечатление будто это идеальная изоляция. Однако если поискать по даташитам всех производителей подобных оптронов, то можно найти такие неприятные эффекты, как ограниченый CMR:
И значительный ток утечки после воздействия скачков напряжения. А ведь в пром.автоматике такие скачки норма.
Интересно что в даташите EL3H7 этот эффект не упоминается. Т.е. это даже не тестируют. Я бы не покупался за 2 рубля и брал бы то что выше предложили типа CA-IS3720Либо точнее в статье определить от чего изолируемся и зачем.
Solgo
20.07.2024 13:44+2Я конечно не спец по промавтоматике, но скорость нарастания 10kV/us это достаточно большая величина. Судя по вырезке из даташита, что вы привели тут дело не в изоляции, а в плавающей ёмкости между светодиодом и фототранзистором которая при скорости нарастания больше 10kV/us заряжается, и это приводит к открытию фототранзистора.
alcotel Автор
20.07.2024 13:44+1Очень ценное замечание. Если производитель не указал CMR, возможно, что оно действительно не очень хорошее. У KPS2801 в том же корпусе, кстати, тоже этот параметр отсутствует.
Есть "Floating capacitance", как выше товарищ указал. Это общая ёмкость между LED и фото-BJT, но паразитный сигнал может усилиться выходным транзистором, и х.з., что в итоге будет. Частично ситуацию спасает то, что транзисторный выход в такой схеме не висит в воздухе, а нагружен на выход своего собрата.
Либо точнее в статье определить от чего изолируемся и зачем.
Это не ШИМ-управление MOSFET-ключами - слишком медленно. В трёх случаях такое использовал:
Передача данных от мк на фазе к мк на земле. Но это не так интересно, тут обычный цифровой изолятор справился бы.
Не очень частое, примерно с частотой сети, управление мощными IGBT. Тут фантомное питание от фазы сильно помогло упростить схему.
Изолированный отладочный интерфейс RS232. Тот ещё динозавр. Питался от сигналов RS232. Получилось компактно и бесплатно, чтобы в серии этот интерфейс оставить.
Indemsys
20.07.2024 13:44Проблема не столько во Floating capacitance , а в поляризации. Обратите внимание насколько вырастает темновой ток и удерживается с удержанием разницы напряжений. И это данные для дорогих оптронов. У дешевых все гораздо хуже.
А еще есть деградация светодиодов.Все же на CA-IS3720 честно дают 100 kV/us и минимум в вдва раза больший срок службы.
У обычного 3-фазного частотника фронт 50 ns и коммутируемое напряжение около 540 V. Т.е. в частотниках постоянно есть фронты со скоростью 11 kV/us. И они через радиатор и корпус мотора гуляют по всем мелаллу вокруг.
nixtonixto
20.07.2024 13:44+2Я бы не покупался за 2 рубля и брал бы то что выше предложили типа CA-IS3720
Я бы тоже не покупался на этот китайский клон ADuM1201 за 20 рублей - 2500 В он держит с трудом (тестировал), а в щите без видимых причин выгорал спустя несколько месяцев. Хотя адум, что стоял до них - работал годами и сгорел только после грозы. Конденсаторы питания есть с обоих сторон микросхемы.
sim31r
20.07.2024 13:44+2Кстати тут дифференциальное включение и такая помеха не пройдет. Откроются оба оптрона и будет сквозной ток несколько микросекунд (что можно детектировать и обработать программно, выдать предупреждение например). Импульс высокого или низкого напряжения на выход не пройдет как на картинке. При рабочей частоте до 80 кГц эффект не существенен в данном случае, можно например сгладить RC цепочкой с временем нарастания сигнала ~1 мкс. Об эффекте полезно знать, но если на плате импульсы напряжения с фронтом более 10 кВ/мкс, то сквозной ток через оптроны, скорее всего, будет наименьшая из проблем. А типовая проблема выгоревшие порты, помехи и зависания микроконтроллера.
checkpoint
20.07.2024 13:44+4Оптронную развязку для передачи низкоскоростного цифрового сигнала использую давно, по подобной же комплиментарной схеме. От Z состояния защищаюсь цепочкой буферных элементов или триггером. Защитный диод поставить не догадался. :) Автору спасибо за идею, возьму на вооружение.
alcotel Автор
20.07.2024 13:44+3Знал бы, что такое используют - скопировал бы, как всегда, и промолчал в тряпочку) Вот и выше комментатор тоже говорил. Но ведь не выкладывает никто. Приходится самому изобретать велосипеды и троллейбусы. Ох как товарищ Столлман прав, ох как прав)
checkpoint
20.07.2024 13:44Ну Ваша идея с диодом Шоттки граничит с гениальностью, она существенно упрощает схему.
RMS наш Апостол и мы его паства.
Tomasina
20.07.2024 13:44+2Не рассмотрен случай применения ШИМ в такой схеме. Хотя бы на базовом уровне скоростей Arduino. Как себя поведет схема? Какие пределы скоростей (допустим, используем двухрублевые оптроны)? I2C и SPI потянет? Возможны ли "залипания"?
alcotel Автор
20.07.2024 13:44Я выше добавил осциллограммы с задержками. Эти задержки похожи на типовые, а предельные скорее всего раза в 2 больше будут. Фактически UART можно надёжно разогнать до 40 кБит/с (на картинке 31,25) без танцев с бубном. А SPI соответственно в 2 раза медленнее.
ШИМ в районе 1 кГц нормально будет работать. При плохом стечении обстоятельств (значительное отличие задержек у двух оптронов) развязка может исказить длительность импульса примерно на 10 мкс. Значит при 1 кГц (1000 мкс) может набежать ошибка в 1%.
Для I2C нужен драйвер с открытым коллектором. Соответственно, фокус не проходит. На дешёвых оптронах я делал схему типа этой, например. Скорость не удавалось поднять выше 3 кБит/с.
Для I2C есть специализированные цифровые изоляторы типа ISO1540, ISO1541. Но рекомендую их описание смотреть очень внимательно, и разобраться, как под капотом они работают. Если развязок на шине не одна, или мастер на один - точно помню, что были какие-то нюансы.
engine9
20.07.2024 13:44A USB 1.1 такая схема вывезет по скорости?
Yuri0128
20.07.2024 13:44+1Вероятно что нет. Она на 50 кбит будет не так чтоб и хорошо работать (разбаланс оптопар) а на 12 Мбит - то и подавно.
alcotel Автор
20.07.2024 13:44+2Нет конечно. USB вообще крайне неудобна для изоляции. Только спец.средствами.
ivanstor
Зачем давать ссылки на сайт, который требует пароль на вход и не имеет формы для регистрации?
При том, что статья полезная.
alcotel Автор
Понял, исправлю. Первый блин комом)