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东芝光继电器评测-直流特性测试及动态特性测试

分类名:日期:2018-09-15作者:tianshuihu
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今天来测试一下TLP3547F这款光继电器的直流特性:


1.光继电器内部二极管的导通电压、电流
2.光继电器导通内阻


测试原理图及测试条件


首先是测试原理图,简单手画了一下




除了光继电器模块,主要包括:一个5V电源(充电宝)、两个小灯泡(6V 5W,额定内阻约为4.16Ω),一个3.2V信号源




测试相关仪器仪表
Agilent示波器DSO-X 3034A,Agilent 信号源 33522A,数字万用表 UT61E(四位半),USB功率计





光继电器内部二极管的导通电压、电流测试


信号源输出信号为:-3.2V ~ +3.2V 锯齿波,5Hz


测试点位图


示波器同时观察3个通道波形
1ch:Ua-b (输入信号,黄色曲线)
2ch:Ue-b (二极管两端波形,绿色曲线)
4ch:Ud-c (光继电器输出端波形,粉色?曲线)



PS. 图中的 第4ch波形为反向后的波形,反向后更方便对比


从图中波形可以,刚开始由于二极管尚未开启(反向截止),内阻很大,其两端波形与信号源波形基本一致;
信号源电压升至1.4V左右渐渐稳定,不再随信号源电压上升而上升;
但是光继电器真正导通却在二极管导通一段时间之后,这个具体时延在后面的动态特性中测试。


由此得出光耦二极管开启导通电压约为 Uf = 1.41V
3.2V驱动时,二极管工作电流约为 If = Ures / Rres = (3.2V-1.41V)/1.5kΩ = 1.2mA


光继电器 MOSFET导通内阻测试


信号源输出信号为:幅度为3.2V 50%占空比的方波信号,0.2Hz


在光继电器导通稳定时刻读数,如下图所示

此时导通电流 Ion = 0.828A
Ud-c = 19.69mV(万用表直接测量TLP3547F 5、8引脚电压)


R = U / I = 0.01969V / 0.828A = 0.023 Ω


即导通内阻约为23mΩ


小结:
结合官方的技术文档来看,内部LED比较容易驱动,实测1.4V 左右即可开启;
常规的3.3V (实测用的是3.2V)驱动条件下,内部LED If=1.2mA,已经远大于典型的切换电流 0.28mA,这款评估板留的裕量已经挺大了,一般的MCU都能轻松驱动。

实测导通内阻23mΩ,与手册中的典型值22mΩ十分接近,这个内阻相当低了,赞!



接着上一篇
来测试一下TLP3547F这款光继电器的动态特性:


1.光耦继电器响应速度测试
2.动态功耗测试


测试条件基本与上一篇一致,具体条件见下帖
东芝光继电器评测——直流特性测试

只是测试信号做了改变


驱动信号为: 50% 占空比方波信号,幅值3.2V,频率为10Hz(后面会改变频率)


下图为典型的信号波形
 

1ch:Ua-b (驱动信号,黄色曲线)
4ch:Ud-c (光继电器输出端波形,粉色曲线)


该图不容易看出光继电器的输出时延,我们将第4ch 输出波形反向,再来查看一下
 

反向后,光继电器输入输出“同相”,这样就可以直观地看到二者的时延,并且示波器也能测出具体的时延值
后文均以这种形式来截图


如果按照输出信号幅度达到导通信号50%电平来看,输出时延约为7.89ms
 

如果按照输出信号幅度达到导通信号90%电平来看,输出时延约为11.12ms
 

这个时延值有点出乎预料,比预想中大很多!
要说原因,猜测可能和负载有关,测试负载为两个小灯泡串联;虽然每个灯泡额定阻抗为4Ω左右,但是万用表实测每个阻抗都不到1Ω,应该是上电后电热丝发热,温度升高,电导率变大阻抗才升至4Ω;因而刚要导通的时候,整个电路阻抗很小,开启电流很大,所以需要的启动时间更长....
这个只是初步猜测,后面有机会再做验证


接下来,我们大致看下,改变驱动信号频率会有什么变化


10Hz


20Hz
 

30Hz
 

40Hz
 

50Hz
 

对比可以看出,随着驱动信号频率增加,开关过程在整个周期的占比越来越大,同样是50%占空比的驱动信号,输出有效值越来越低,相应的开关损耗越来越大。


下面通过一段视频来直观地感受一下:


视频开始时是10Hz驱动,之后每秒把驱动信号频率增加10Hz。
刚开始虽然闪烁很明显,但是灯泡很亮,30Hz之后闪烁已经几乎看不到,但是亮度已经明显变低;
最后调到50Hz时,输出信号很小,此时灯泡亮度也很弱了


小结:
直观来说这款光继电器的直流动态响应速度没那么快,作为低频率(小于10Hz)开关很合适;
频率、大电流开关切换可能就不那么合适了


PS.受限于篇幅(奈何图片较多...),“动态功耗测试”见下节


前文说到这款光继电器开关切换时延较大,怀疑是负载的问题
东芝光继电器评测——动态特性测试


这次换个负载再试下:一个额定功率50W的 绕线电阻,阻值3Ω
 


导线是随便选的,接线比较随意,所以接触电阻比较大
实测导通电流 1.41A,也就是说整个电路阻抗约为3.6Ω左右
 


如果按照输出信号幅度达到导通信号50%电平来看,输出时延约为7.9ms,和上一次的测试十分接近!
 


看来这款光继电器在大电流条件下的切换速度应该就是这个水平了....




同样看一下,改变驱动信号频率,输出信号会有什么变化


1Hz
 

10Hz
 

20Hz
 

30Hz
 

40Hz
 

整体来说,和之前的灯珠负载结果很相近,不过由于这个电阻是绕线的,负载电路中感性成分比较大,所以在继电器(Mos管)关断的时候有个毛刺产生




接下来看下,这款光继电器的动态功耗怎样


具体操作为,切换到一个频率,用红外热像仪观察,待其温度大致恒定后拍照留图


1Hz
 

10Hz
 

20Hz
 

30Hz
 

40Hz
 

受苦受难的电阻....
 

结果汇总表格
 

可以看出随着继电器开关频率增加,其功耗逐渐增大,温升很明显!

小结:
与上一篇结论基本一致:这款光继电器在大电流下的直流动态响应速度没那么快,作为低频率(小于10Hz)开关很合适;频率、大电流情况下温升明显,不推荐长期在此条件下使用。

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