如下图所示是低电压情况下的一种光耦替代电路,可以替代转换光耦的信号转换作用。
1.替代电路的基本组成及原理
如下图所示,V1是浮动电源正极电平,Vg是输出端、即浮动电源的负极电平。若独立电源是16V,则无论Vg如何变化,
总有Vf=Vg+l6V。(1)
输入转换部分:Q7之前的电路是输入与转换部分。Vh是上臂MOSFE丁输入信号。Q1、Q2构成复合管、与R8一起组成电压跟随器,增大输入电阻。电路中起信号转换作用的是T1和T2两个三极管一起它们和R1一起组成的电流源放大电路。

信号转换的原理是:Vin在三极营T1上产生电流IC1,在三极管T2上产生电流Ic2,Ic2正比于Ic1和Vin,Ic2又通过电阻R4产生压降,正比于lc20结果是,R4上的压降正比于Vin值。再根据Vh与Vin逻辑相同,V1与R4压降逻辑相反,可以得出:Vh高,V1低;Vh低,V1高、Vh逻辑与V1相反。

如果各三极管均选用通用NPN型,可以得出Vh与V1的关系为

输出部分:从V1到Vt之间的部分是输出。Q7将V1的逻辑取反。Q3、Q4组成推挽输出、驱动Q50R10、R6、R7增加Q3的可靠性,Q7为输出逻辑取反并增大V,处输入电阻。

当V1=Vf-16V=Vg时,Q7、Q4导通、Vt=Vg,Q5截止。
当V1=Vf=Vg+l6V时,Q7、Q4截止、Q3导通、Vt=V9+l6V、Q5导通 (4)
结合(3)、(4)有:Vh=5V时,Q5截止;Vh=OV,Q5导通。也就是说,电路实现了从输入信号Vh到输出驱动信号Vt的转换。
2.电路元件参数与电路性能
(1)R8电阻值的选取
R8电阻值的选取要考虑两个矛盾的因素。一方面,为使静态功耗减小,阻值应尽量大。比如希望其最大静态功耗低于1/l6W,则应有R8≥400Ω:另一方面,从电路安全可靠性考虑,R8值应取越小越好。最坏情况认为T1、各极短路,R8上分压值应小于Q1、Q2的射-基反向击穿电压Urbo,通常取5V。
假设极端条件为VCC=300V,则有R8<920Ω。
(2)三极管的选取
三极管T2实际上承受浮动电压,它的集-射击穿电压应大于Vcc加上浮动电源电压。即Vbce>Vcc+16。其他三极营使用普通型即可,对β值要求不高。开关频率总可以达到1MHz以上,足够叠加PWM信号。
Q1、Q2、Q3选用9013,T1、T2选用MPSA42,Q4、Q7选用9014,R1=5(kΩ),R2=10(kΩ),R4=55(kΩ)。
(3)Q5、Q6的选取:主要根据实际应用情况的VCC和通态电流来选取,这里选用IRF540。
(4)电路性能
实际测量驱动电路的开通和关断上升时间、下降时间均小于0.5US,最大驱动功耗0。O6W,可见此电路在功耗、速度都优于普通光耦,而且结构简单,安全性亦满足要求,不存在故障时整体损坏的危险。目前市场上耐压Ubcb、Ubce>150V的NPN晶体管及对应的PNP晶体管有很多种,最大的达到400V,足以满足上述性能要求,所以替代电路适用于许多低压、小功率场合。作者将这一电路应用到直流无刷电机驱动,应用条件为电池电压和浮动电压之和不超过120V,即Vcc<1OOV,电机输出功率150W,效果良好。