TH300-OP 光耦光电特性测试解决方案

【产品概述】

一．认识光耦

光耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器,简称光耦

光耦以光为媒介传输电信号，使前端输入信号与负载端输出电信号完全隔离，达到目的在于增加安全性，减小电路干扰，减化电路设计的目的。

因此，在各种电路如电脑终端、可控硅系统设备、测量仪器、影印机、自动售票、家用电器如风扇，加热器等得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。

光耦一般由三部分组成：光发射、光接收及信号放大。

输入的电信号驱动发光二极管（LED）发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。从而完成了电→光→电的转换，起到输入、输出、隔离的作用。

由于光耦输入输出间互相隔离、电信号传输具有单向性等特点，因此具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。

同时于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。

二．光耦光电参数及测量方法

以华润微的PC817为例，由其规格表来看。

其光电参数主要分三个部分，具体参数及测量方法如下：

1. 输入特性参数

光耦的输入特性实际就是其内部发光二极管的特性，常见的参数有：

1）正向工作电压V_F（Forward Voltage）

a) 定义

给定的工作电流下，LED本身的压降。常见的小功率LED通常以I_F=20mA来测试正向工作电压，当然不同的LED，测试条件和测试结果也会不一样。

I_F（正向工作电流 Forward Current）：LED正常发光时所流过的正向电流值。

b) 测量方法

按上图将TH1992源表CH1输入与和光耦输入端LED相连，为保证测试精度，采用了四线测量。

根据输入特性参数规格表中的要求，CH1输出正向20mA电流，同时测试两端电压V_F，

当1.4V≤V_F≤1.4V表示合格。

2）反向电流I_R（Reverse Current）

a） 定义

在最大反向电压情况下，流过LED的反向电流。

b） 测量方法

按上图将TH1992源表CH1输入与和光耦输入端LED相连，为保证测试精度，采用了四线测量。

根据输入特性参数规格表中的要求，CH1输出反向4V电压，同时测试通过的电流I_R，

当I_R＜10μA表示合格。

3） 终端电容C_t（Terminal capacitance）

a） 定义

输入端、输出端两端之间的寄生电容

b） 测量方法

用LCR分别接入输入端和输出端，设置频率为1MHz，分别测得输入端和输出端的终端电容C_t，

当30pF≤Ct≤250pF时表示合格。

2. 输出特性参数

光耦的输出特性实际也就是其部光敏三极管的特性，与普通的三极管类似。常见的参数有：

1） 集电极暗电流I_CEO（Collector Current）

a） 定义

输入端发光二极管开路，集电极至发射极间的电压为规定值时，流过集电极的电流。

b） 测量方法

如图，将TH1992源表CH1接入光耦输入端，CH2接入光耦输出端，设置CH2为电压输出20V，即V_CE=20V，用CH2电流表测量电流即CE之间电流I_CEO，

当I_CEO＜100nA为合格。

2） 集电极-发射极击穿电压BV_CEO（Collector-Emitter Output Breakdown Voltage）

a）定义

输入端发光二极管没有电流流过时，集电极-发射极所能承受的最大电压。

b）测量方法

TH1992源表CH1接入光耦输入端，CH2接入光耦输出端，设置CH2为电流源输出0.1mA电流，同时用CH2电压表测量两端电压即BV_CEO，

BV_CEO≥70V为合格。

3） 发射极-集电极击穿电压BV_ECO（Emitter-Collector Breakdown Voltage）

a）定义

输入端发光二极管没有电流流过时，发射极-集电极所能承受的最大电压。

b） 测量方法

TH1992源表CH1接入光耦输入端，CH2接入光耦输出端，设置CH2为电流源输出10μA电流，同时用CH2电压表测量两端电压即BV_ECO，

BV_ECO≥6V为合格。

3. 传输特性参数

1） 电流传输比CTR（Current Transfer Radio）

a） 定义

输出管的工作电压为规定值时，输出电流和发光二极管正向电流之比为电流传输比CTR，

b） 测量方法

TH1992源表CH1接入光耦输入端，设置CH1为电流源模式，输出电流为5mA，即I_F=5mA；

CH2接入光耦输出端，设置CH2为电压源输出5V电压，即V_CE=5V，同时用CH2电流表测量电流即I_C，

根据公式计算出，50≤STR≤600为合格。

2） 集电极-发射极饱和电压V_{CE sat}（Collector-Emitter Saturation Voltage）

a）定义

发光二极管工作电流I_F和集电极电流I_C为规定值时，并保持I_C/I_F≤CTRmin时（CTRmin在被测管技术条件中规定）集电极与发射极之间的电压降。

b）测量方法

TH1992源表CH1接入光耦输入端，设置CH1为电流源模式，输出电流为20mA，即I_F=20mA；

CH2接入光耦输出端，设置CH2为电流源输出1mA即I_F=1mA，同时用CH2电压表测量电压即V_CE，

0.1≤V_CE≤0.2即为合格。

3） 隔离电阻Riso（Isolation Resistance）

a）定义

光耦输入端和输出端之间的绝缘电阻值。在光耦的输入和输出端之间施加一定的高直流电压所测得的初始阻抗值。

b）测量方法

TH2683A绝缘电阻测试仪HV端（-极）接入光耦输入端，光耦输入端两极短路

TH2683A绝缘电阻测试仪INPUT端（＋极）接入光耦输出端，光耦输出端两极短路

TH2683A绝缘电阻测试仪设定电压500V，充电时间5s，阻值下限50GΩ，阻值上限100GΩ，启动测试，读取仪器测量结果即为Riso，

50GΩ≤Riso≤100GΩ即为合格。

4） 浮动电容Cf（Floating Capacitance）

a）定义

当高频信号加到光耦输入和输出端之间测量到的电容。

b） 测量方法

光耦输入端两极短路、输出端两极短路，TH2838A测量端分别连接到光耦输入输出端，

TH2838A设置频率1MHz，做好开路清零（至少保证未接光耦时清零结果小数点后面有2-3个0），

读取TH2838A测量值即为Cf，0.6pF≤Cf≤1pF即为合格。

5） 截止频率F_C（Cut-off Frequency）

a）定义

截止频率为光耦输出的电压随输入光功率变化的截止频率。通过测量光耦的响应时间，然后根据响应时间计算得出。

截止频率的大小取决于光敏二极管的响应速度，截止频率越高，表示光耦响应速度越快，对高速数据传输的需求也能得到充分满足。

b） 测量方法

如图所示，光耦输入端接入信号源，信号源设置频率为80kHz，信号源输出端在E极接入一100Ω电阻R_L，TH1992两端接入到光耦C极和电阻另一脚，

TH1992设置为电压源模式，输出5V电压，示波器并接在电阻R_L两端，读取示波器测试电压值。

6） 上升时间t_r（Rise Time）、下降时间t_f（Fall Time）

a） 定义

规定工作条件下，发光二极管输入规定电流I_FP的脉冲波，输出端管输出相应的脉冲波。

上升时间t_r：输出脉冲前沿幅度的10%到90%，所需时间。

下降时间t_f：输出脉冲后沿幅度的90%到10%，所需时间。

b） 测量方法

测量电路和截止频率测试完全一致，信号源设置为脉冲模式，TH1992的CH2设置为2V，读取示波器测试输出波形后根据下图所示测量出tr和tf

三．光耦光电参数测试痛点

由第二部分光耦光电参数极测量方法可见，光耦测量参数众多，而且测量时需要用到双通道源表、LCR数字电桥、绝缘电阻测试仪、示波器、信号源，其测试信号 有高压直流信号、低压直流信号、高频交流信号等，因此测试会遇到下列痛点：

1. 测试效率低下

多台仪器、高低信号、交直流信号各种方法测试，如果用分立仪器去测试，不同项目需要不断的切换信号及接线，因此单颗测试都需很长时间，无法大批量规模测试。

2. 接线繁琐

多台测试仪器，加上不同封装的光耦器件，需要用到不同接头的线缆，测试接装困难。

3. 测试结果不能自动保存

多台机器测试的结果是，每个测试数据都得手工记录，再统一汇总并录入数据库，过程较长，且无法保证准确性。

四．同惠光耦光电参数测试解决方案

同惠电子提供了一体化测试解决方案，将所需测试仪器集中在一个机柜，并采用工控机作为控制系统，通过上位机直接设置并读取结果，针对不同封装的光耦，提供定制化测试夹具。

测试系统完全自动化设置及测试，所有测试结果自动记录至数据库。测试软件提供对应接口协议，便于接入客户自动化生产线做系统集成。

1. 系统结构

系统所有测试机器集成与机柜内部，采用了工控机控制和设置具体参数，为提高测试效率，用PLC控制8×8的测试治具，一次可测试64颗光耦以提高效率。

2. 测试治具

3. 上位机软件

测试软件采用同惠测试系统通用框架，根据不同产品或不同需求会有相应更改

测试页面

数据编辑页面

数据记录页面

权限设置页面

【应用】

• 光电耦合器参数测试

• 三极管参数测试
  

【技术参数】

4. 硬件配置清单

清单可根据不同需求定制