该5-24V输入电路如何工作?


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由于我需要为新项目提供某种类型的广泛输入(进入微控制器),因此,我仔细研究了我公司中其他产品已经使用(或在某些时候考虑过)的一些设计。

我发现该电路似乎可以接受5-24V之间的任何电压来驱动光耦合器。我很难理解MOSFET在该星座中的工作原理,因为我对此没有太多经验。

在此处输入图片说明

我对二极管和电阻器功能的猜测:

  • D17:可能是反极性保护
  • D18:瞬态电压抑制
  • R18:基本电流限制

MOSFET似乎以某种方式“调节”其电阻,即它提供的电流足以为LED提供电源,而与输入电压无关。

原理上如何运作?
如何计算实际支持的电压范围?

Answers:


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您的电路充当光隔离器的5至10 mA电流源驱动器。在较低电压下少一些。

这里的“窍门”是BFR30是JFET(结型场效应晶体管),而不是更常见的(当今)MOSFET,并且其行为与MOSFET根本不同。 BFR30数据表在这里。实际上,它是一种“耗尽模式”设备,当Vgs = 0时完全开启,并且要求Vgs为负才能将其关闭。当通常反向偏置的栅极源极二极管导通时,将Vgs设为正值会导致栅极电流流动(与mOSFET中不同)。(允许的最大绝对值是5 mA-参见数据表)。

当栅极连接到源极时,晶体管导通并充当电流源,在Vds = 10V时,Ids最小值为5 mA,最大值为10 mA。参见数据表。

要关闭晶体管,Vgs必须为负。

Vds absmax显示为+/- 25V,因此可以设置电路中的最大允许电压。

图3示出了对于Vgs的各种值在Vds = 10V处的预期电流Id,并示出了典型的最小和最大曲线。

图4显示了从0到10V的各种Vds值时,Ids与Vgs的关系。当Vds达到10V时,电流已趋于平坦以接近电流源-随着Vgs越来越负。


添加

Q1:那么R18只是充当一个分压器,使Vsupply下降-Vds @ 5mA max?

Q2:5V电源作为最小输入是否足够?

在说5mA时,R18上的压降= I x R = 0.005 x 100 = 0.5V,因此它会影响可用电压,但影响不大。
它的主要作用是在D18导通时对大量的输入尖峰起电流限制器的作用-如果没有D18,D18会尝试接受瞬时发送的任何能量-这可能是致命的。

要设计这样的电路或查看它在给定条件下是否可以工作,您需要使用最差情况值。对于组件,“最差”可能是最大值或最小值,具体取决于它如何影响电路。

在这种情况下,有3个串联的非线性部分(二极管,GET,光电二极管),因此一种简单的方法是进行最少的假设设置,为该假设设置插入最坏情况的参数,然后确定是否在该假设条件下工作假设集,以及边界有多接近。

我找不到与给定名称匹配的光耦合器,因此我选择了Digikey出售的最便宜的光耦合器作为示例。此处的价格 -LTV817,一个为37c,一万个为7.6c。

这里的BFR30 JFET数据表:这里的
BAV100二极管数据表:这里的
LTV817 pto数据表:

假设:5 mA电流。
使用数据表:

最坏情况下的光电二极管Vf在20 mA = 1.4V(典型值为1.2V)时。
可以看出,在5 mA时会稍低一些,但1.4V可以。

5 mA时的BAV103二极管约为0.7V。为了安全起见,请使用0.8V。期望更低。

R18压降= 0.5V。

在Vin = 5V时,剩下的FET平衡= 5-0.5-0.7-1.4 = 2.4V。

JFET数据表图4显示了Vgs = 0时的Ids与Vds典型值

这些是典型的电压。在Vgs = 0V和Vds = 10V时,Ids为〜= 4/6/10 mA。

一起搅拌全部并烤至嫩,我得出的结论是,最坏的情况下您可能得不到5 mA电流,而几乎可以肯定会得到4 mA。
该光电二极管的最便宜版本在4 mA时的CTR为50%,因此当Vout opto = 10V时,您将获得2 mA的输出。

如果您试图通过5V电源获得5V的轨-轨电压摆幅,则10k负载电阻将为您提供所需的每个指定输入mA 2倍至4倍的摆幅。

因此,是的,它将在许多应用中以5V工作。
大概在4V。
在3V时肯定不满意。


谢谢您的解释:)那么R18只是作为一个分压器,使Vsupply下降-Vds @ 5mA max?5V电源作为最小输入是否足够?
Rev1.0

@ Rev1.0-参见答案。
罗素·麦克马洪
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