CN115309224A - 一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼电路和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于光电耦合器老炼技术领域，提供了一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼电路和方法。本发明的老炼电路包括前级恒流老炼电路和后级恒功率老炼电路，前级通过恒流控制模块实现前级的恒流控制，后级通过电流采样模块，计算模块和电压调整模块实现后级的恒功率控制，老炼时，先控制前级实现稳流，再给后级三极管集电极一个初始电压，采集饱和电流后计算达到设定的恒功率值所需要调整的电压值，进而电压调整模块调整电压使得三极管集电极达到所需的电压，从而达到恒功率值。由此可以实现前级和后级的同时恒流恒功率老炼，能够缩减一半的老炼试验时间，大大提高了试验效率。
Description
技术领域
本发明涉及光电耦合器老炼技术领域，尤其是涉及一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼电路和方法。
背景技术
光电耦合器(简称光耦)应用于需要电气上物理隔离的场合来传递信号，其传递过程为：输入端将电信号转换为光信号，输出端接收光信号并转换为电信号；其输入端与输出端物理隔离，通常输入端（也称为前级）为发光二极管、输出端（也称为后级）为光敏三极管。在老炼试验时，需要对这前级和后级都进行老炼测试筛选。
目前针对光耦的老炼筛选分为前级老炼和后级老炼两个步骤：第一步通过对前级二极管加稳定电流做恒流老化，第二步对后级三极管端进行恒功率加电老化，设定加电工作时间，最后和预设值进行比较挑出不合格产品。
专利CN202122820771.3公开了一种用于军用光电耦合器的老化系统，设计了用于恒流和恒功率老化的电路，采用第一恒流器G1调整电流使经过光电耦合器发光源端的电流保持恒流；采用第二恒流器G2根据所述电压电流采样单元采集到的光电耦合器受光器端电流采样信号自动调整电流使经过光电耦合器受光器端的电流保持恒功率。通过程控校准模块根据电压电流采样单元电流采样信号按照预设值调控电流，从而可以对光电耦合器的发光二极管部分和受光器三极管部分分别进行恒流老化和恒功率老化两种老化方式，使发光二极管部分和受光器三极管部分都分别可以通过最适合的老化方式进行老化。
专利CN201120355036.3公开了一种光电耦合器恒流恒功率老炼电路，是一种可对输入端进行恒流老炼或对输出端进行恒功率老炼的光电耦合器恒流恒功率老炼电路，能实现恒流老炼和恒功率老炼的快捷切换，降低了光电耦合器老炼的复杂度，提高光电耦合器的老炼效果。
专利CN202110833451.3公开了一种批量光电耦合器老炼电路，专利CN202110833454.7公开了一种光电耦合器输出端恒功率老炼电路，这两件专利均是为了解决输出端老炼功率不稳定的问题。
由此可知，现有技术中都在对光电耦合器老炼电路进行改进，以使得光电耦合器前级的发光二极管能够实现恒流老炼，随后对后级的受光三极管实现恒功率老化。
但是这类现有技术的老炼电路，老炼试验的效率比较低，老炼试验所用的时间较长。
为了提高老炼试验的效率，通常的做法是增加一次试验可测试的光电耦合器元件，即设计电路和测试方法实现对光电耦合器的批量测试，虽然也能够提高测试效率，但是对试验设备、测试设备和人力劳动的增加，成本也随之增加。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的提供一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼电路和方法，通过对电路和测试方法的改进，能够同时实现对前级二极管和后级三极管的老炼试验，使得老炼试验所需的时间缩短一半，大大提高了试验效率，具体地：
本发明提供一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼电路，包括前级恒流电路和后级恒功率电路；
所述前级恒流电路包括直流电源E1，以及恒流控制模块，所述稳压电源E1和恒流控制模块与光电耦合器的前级二极管串联连接；
所述后级恒功率电路包括采样电阻R，电流采样模块，计算模块，电压调整模块和直流稳压电源E2；
所述采样电阻R，所述直流电源E2和所述电压调整模块依次串联，所述直流电源E2的正级经所述电压调整模块连接光电耦合器的后级三极管的集电极，后级三极管的发射级连接所述采样电阻R；所述采样电阻R的两端并联连接所述电流采样模块，所述电流采样模块经所述计算模块连接所述电压调整模块；
所述计算模块用于根据采集的电流值和预设的老炼功率值计算所需要调整的电压值，并将计算结果传输给所述电压调整模块；所述电压调整模块根据所述计算模块输出的计算结果调整电压值到设定值。
进一步地，所述直流电源E1和所述直流电源E2均为直流稳压电源。
进一步地，所述直流电源E1和所述直流电源E2的负极接地。
本发明还提供一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼方法，采用如前所述的光电耦合器恒流恒功率同时老炼电路进行老炼，同时进行前级恒流老炼和后级恒功率老炼。
进一步地，包括以下步骤：
S10. 关闭所述直流电源E2，设置前级二极管恒流值IF，并打开所述直流电源E1；
S20. 设定后级三极管恒功率值P0，调整所述电压调整模块，使其输出设定电压V30作为三极管集电极的输入电压，打开所述直流电源E2；
S30. 所述电流采集模块采集所述采样电阻R两端的电压值，计算电流IE，并将该电流IE传给所述计算模块；
S40. 所述计算模块根据电流IE计算当前功率P，并将所述当前功率P传输给所述电压调整模块；
S50. 所述电压调整模块根据所述当前功率P和所述恒功率值P0来制定所述调整策略，并控制电压调整电路执行该调整策略：
当P>P0时，则调小三极管集电极的输入电压；
当P<P0时，则调大三极管集电极的输入电压。
进一步地，步骤S20中，设定电压V30小于预设电压，并且保证三极管工作于放大区。
进一步地，步骤S40中，按照以下公式计算当前功率：
进一步地，步骤S50中，根据下式计算电压的调整量
：
控制电压调整电路调整该调整量
。
进一步地，步骤S50后还包括以下步骤：
S60. 由所述电流采集模块持续采集所述采样电阻R两端的电压值，计算电流值IE，并将该电流值IE传给所述计算模块；
S70. 所述计算模块计算当前功率P，当P超出预设范围时，计算电压的调整量
，控制电压调整电路调整该调整量
；
或当电流值IE超出预设范围时，所述计算模块计算电压的调整量
，控制电压调整电路调整该调整量
。
进一步地，当计算的三极管集电极的输入电压大于等于三极管的击穿电压，控制电压调整电路不调整电压，并发出警告，停止后级三极管的恒功率老化。
采用本发明的一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼电路和方法，相对于现有技术，至少具有以下有益效果：
（1）.本发明分别设置了前级恒流控制模块和后级恒功率控制的电路结构，能够在实现前级恒流的基础上，后级自身控制自己实现恒功率，进而能够同时对光电耦合器进行恒流和恒功率老炼，相对于现有技术先进行恒流老炼再进行恒功率老炼，或先进行恒功率老炼再进行恒流老炼的试验方法，试验时间缩短了一半，大大提高了测试效率。
（2）.本发明先给后级三极管集电极一个小的电压，使三极管工作于放大区，后级达到饱和电流，利用三极管工作于放大区时饱和电流不变的特性，计算达到设定恒流功率值时所需的电压，只调整电压即可达到恒功率值，由此实现前级在恒流老化的同时，对后级实现恒功率老化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1所述的一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼电路结构示意图；
图2是本发明实施例2所述的一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼方法流程示意图。
具体实施方式
以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。
现有技术中对光电耦合器老炼时，均是恒流老炼和恒功率老炼分开依次进行，为了提高测试效率，往往采用加大批量检测数量，如此增加了试验设备、测试设备和人力劳动的成本。
经过分析，现有技术的恒功率老炼往往都是通过调节前级电流来实现稳定老炼过程中的功率，为了提高测试效率，缩短测试时间，本申请将恒功率老炼的反馈和控制电路均设置在后级，进而可以实现前级恒流老炼和后级恒功率老炼同时进行，打破了本领域常规的测试思路，使得所需的测试时间缩短了一半，大大提高了试验效率。
实施例1
一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼电路，如图1所示，包括前级恒流电路和后级恒功率电路；
所述前级恒流电路包括直流电源E1，以及恒流控制模块，所述稳压电源E1和恒流控制模块与光电耦合器的前级二极管串联连接；
所述后级恒功率电路包括采样电阻R，电流采样模块，计算模块，电压调整模块和直流稳压电源E2；
所述采样电阻R，所述直流电源E2和所述电压调整模块依次串联，所述直流电源E2的正级经所述电压调整模块连接光电耦合器的后级三极管的集电极，后级三极管的发射级连接所述采样电阻R；所述采样电阻R的两端并联连接所述电流采样模块，所述电流采样模块经所述计算模块连接所述电压调整模块；
所述计算模块用于根据采集的电流值和预设的老炼功率值计算所需要调整的电压值，并将计算结果传输给所述电压调整模块；所述电压调整模块根据所述计算模块输出的计算结果调整电压值到设定值。所述直流电源E1和所述直流电源E2的负极接地。
为了保证试验过程中电路的稳定，所述直流电源E1和所述直流电源E2均设置为直流稳压电源。
如此，本发明的一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼电路的前级采用恒流控制模块控制前级的恒流老化，在前级恒流的情况下，后级采用后级单独的控制模块进行恒功率控制，可以看出的是，后级的控制模块包括了电流采样模块，计算模块和电压调整模块。后级通过电流采样模块采集后级的电流值，计算模块计算当前功率，并通过当前功率与设定功率值的差值计算出需要调整的电压值，从而通过电压调整模块调整电压调整电路，使得三极管集电极的输入电压达到所需的电压值，从而使得后级三极管的功率达到设定功率，实现后级恒功率老炼。
值得说明的是，恒流控制模块的作用就是控制所在回路的电流恒定，其实现方式是本领域的常规技术，在此不再赘述。同理，电压调整模块的作用是根据设定电压调整电压调整电路，使得输出的电压达到设定值，其实现方式也是本领域的常规技术，在此也不作赘述。
实施例2
本实施例涉及一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼方法，采用如实施例1的电路实现，如图2所示，具体地：
一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10. 关闭所述直流电源E2，设置前级二极管恒流值IF，并打开所述直流电源E1；
该步骤根据测试需要设置恒流值IF，并基于该恒流值IF设置电源所需要输出的电压，打开直流电源E1，此时，前级回来能够在恒流控制模块的作用下保持电流稳定在E1，实现对前级二极管的恒电流老炼；
S20. 设定后级三极管恒功率值P0，调整所述电压调整模块，使其输出设定电压V30作为三极管集电极的输入电压，打开所述直流电源E2；
此时，在前级恒电流的情况下，后级只需要给三极管的集电极一个大于使三极管工作于放大区的输入电压，后级电路就能够得到一个饱和电流IE，并且在这个电路中，随后的电压V3只要仍然在使三极管的工作于放大区的范围内，无论V3如何变化，饱和电流IE的值不变。
本发明利用这一原理，先给三极管的集电极一个初始设定电压V30，然后采集饱和电流值IE，并利用该电流值和设定功率值来调整输入电压以达到所需的功率值，详见下文。
S30. 所述电流采集模块采集所述采样电阻R两端的电压值，计算电流IE，并将该电流IE传给所述计算模块；
该步骤是为了采集前文所述的饱和电流值IE，所采用的电流采集模块是本领域技术人员所熟知的，在此不作赘述。电流采集模块采集采样电阻两端的电压，并经后级电路的信号处理计算得到饱和电流值IE。
S40. 所述计算模块根据电流IE计算当前功率P，并将所述当前功率P传输给所述电压调整模块；
计算模块根据饱和电流IE计算当前功率P，当前功率是指后级三极管上所施加的功率，根据电路可知，三极管两端的电压是集电极上施加的电压与采样电阻上的电压之差，如下式所示：
S50. 所述电压调整模块根据所述当前功率P和所述恒功率值P0来制定所述调整策略，并控制电压调整电路执行该调整策略：
当P>P0时，则调小三极管集电极的输入电压；
当P<P0时，则调大三极管集电极的输入电压。
本领域技术人员可以理解，若前期给了一个较大的初始设定电压V30，则所计算的当前功率可能大于所需的恒功率值，则需要将输入电压调小；若前期给了一个较小的初始设定电压V30，则所计算的当前功率可能小于所需的恒功率值，则需要将输入电压调大。
更具体地，根据下式计算电压的调整量
：
控制电压调整电路调整该调整量
，也就是说，通过计算当前功率值与恒功率值的差量，以及采集的饱和电流值IE来计算还需要增加或减小的电压值，并根据该计算的调整量来控制电压调整电路进行调整，以使得输入到三极管集电极的输入电压达到P/IE的电压值。
作为优选，可以给一个较小的初始设定电压V30，只要能够使得三极管工作于放大区即可，这样可以避免初始工作电压太大使得三极管被击穿的情况发生。
经过以上步骤，后级三极管工作于所需的恒功率值P0下进行恒功率老炼，从而实现了前级二极管和后级三极管的同时老炼，采用这样的老练方法，相较于现有技术先进行恒流老炼再进行恒功率老炼，或先进行恒功率老炼再进行恒流老炼的试验方法，试验时间缩短了一半，大大提高了测试效率。
经过前述的步骤，前级达到了恒流，后级达到了设定的功率，由于前级基本只会有直流电源E1的输出波动导致回路的电流波动，即便这种情况下，由于前级电路中设置有恒流控制模块，稳压电源和恒流控制模块基本可以保证前级的恒电流工作。而后级收到光电耦合器传输比的影响，可能会出现饱和电流IE的波动。
正常情况下光电耦合器的传输比是不变的，但是受到温度的影响光电耦合器的传输比会发生一定的改变，在老炼过程中，由于光电耦合器的前后级同时老炼，光电耦合器会发生一定的发热，导致传输比变化，进而导致后级的饱和电流IE变化，也会使得后级的老炼功率发生变化。
为了解决这一在老炼过程中的老炼功率变化的问题，本发明的老炼方法还包括如下步骤：
S60. 由所述电流采集模块持续采集所述采样电阻R两端的电压值，计算电流值IE，并将该电流值IE传给所述计算模块；
即在老炼过程中一直关注后级的饱和电流值IE，根据前述的分析，饱和电流值不变的情况下，后级的老炼功率一直是稳定的，当光电耦合器的传输比变化，饱和电流值IE变化，此时后级的老炼功率变化。因此，只需要在老炼过程中关注后级的饱和电流值IE即可。
S70. 所述计算模块计算当前功率P，当P超出预设范围时，计算电压的调整量
，控制电压调整电路调整该调整量
；
或当电流值IE超出预设范围时，所述计算模块计算电压的调整量
，控制电压调整电路调整该调整量
。
本领域技术人员可以理解，步骤S70中，目的是在发现后级饱和电流变化超过一定值时，对电路的老炼功率进行调整，可以通过计算当前功率与预设的功率范围比较，也可以通过饱和电流值IE与预设的电流范围进行比较来判断是否需要调整三极管集电极的输入电压。当当前功率或当前的电流值超出各自的预设范围时，启动计算模块计算需要调整的调整量
，控制电压调整电路调整该调整量
。此时之所以设定了一个预设范围，只有在当前功率超过功率预设范围或电流值超过电流预设范围时才对输入电压进行调整，是为了防止电路不断地跳动。
更进一步地，在以上当前功率或电流值超过各自的预设范围时，计算的三极管集电极的输入电压大于等于三极管的击穿电压时，控制电压调整电路不调整电压，并发出警告，停止后级三极管的恒功率老化。
也就是，如果计算的需要输入的电压已经超过了三极管的击穿电压才能够达到设定的恒功率，如果按照该电压值老化，那么该三极管将被击穿破坏，为了防止这种情况的发生，当计算的三极管的集电极的输入电压大于等于三极管的击穿电压时，就发出警告，并停止后级三极管的恒功率老化，即使得后级电路达不到三极管的恒功率老化状态，可以调低后级的电流值，待前级恒流老化结束后，单独对后级三极管进行恒功率老化，如此对光电耦合器进行保护。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼电路，其特征在于，包括前级恒流电路和后级恒功率电路；
所述前级恒流电路包括直流电源E1，以及恒流控制模块，所述稳压电源E1和恒流控制模块与光电耦合器的前级二极管串联连接；
所述后级恒功率电路包括采样电阻R，电流采样模块，计算模块，电压调整模块和直流稳压电源E2；
所述采样电阻R，所述直流电源E2和所述电压调整模块依次串联，所述直流电源E2的正级经所述电压调整模块连接光电耦合器的后级三极管的集电极，后级三极管的发射级连接所述采样电阻R；所述采样电阻R的两端并联连接所述电流采样模块，所述电流采样模块经所述计算模块连接所述电压调整模块；
所述计算模块用于根据采集的电流值和预设的老炼功率值计算所需要调整的电压值，并将计算结果传输给所述电压调整模块；所述电压调整模块根据所述计算模块输出的计算结果调整电压值到设定值。
2.如权利要求1所述的一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼电路，其特征在于，所述直流电源E1和所述直流电源E2均为直流稳压电源。
3.如权利要求2所述的一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼电路，其特征在于，所述直流电源E1和所述直流电源E2的负极接地。
4.一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼方法，其特征在于，采用如权利要求1-3任一所述的光电耦合器恒流恒功率同时老炼电路进行老炼，同时进行前级恒流老炼和后级恒功率老炼。
5.如权利要求4所述的一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10. 关闭所述直流电源E2，设置前级二极管恒流值IF，并打开所述直流电源E1；
S20. 设定后级三极管恒功率值P0，调整所述电压调整模块，使其输出设定电压V30作为三极管集电极的输入电压，打开所述直流电源E2；
S30. 所述电流采集模块采集所述采样电阻R两端的电压值，计算电流IE，并将该电流IE传给所述计算模块；
S40. 所述计算模块根据电流IE计算当前功率P，并将所述当前功率P传输给所述电压调整模块；
S50. 所述电压调整模块根据所述当前功率P和所述恒功率值P0来制定所述调整策略，并控制电压调整电路执行该调整策略：
当P>P0时，则调小三极管集电极的输入电压；
当P<P0时，则调大三极管集电极的输入电压。
6.根据权利要求5所述的一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼方法，其特征在于，步骤S20中，设定电压V30小于预设电压，并且保证三极管工作于放大区。
7.根据权利要求5或6所述的一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼方法，其特征在于，步骤S40中，按照以下公式计算当前功率：
8.根据权利要求7所述的一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼方法，其特征在于，步骤S50中，根据下式计算电压的调整量
：
控制电压调整电路调整该调整量
。
9.根据权利要求8所述的一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼方法，其特征在于，步骤S50后还包括以下步骤：
S60. 由所述电流采集模块持续采集所述采样电阻R两端的电压值，计算电流值IE，并将该电流值IE传给所述计算模块；
S70. 所述计算模块计算当前功率P，当P超出预设范围时，计算电压的调整量
，控制电压调整电路调整该调整量
；
或当电流值IE超出预设范围时，所述计算模块计算电压的调整量
，控制电压调整电路调整该调整量
。
10.根据权利要求9所述的一种光电耦合器恒流恒功率同时老炼方法，其特征在于，当计算的三极管集电极的输入电压大于等于三极管的击穿电压，控制电压调整电路不调整电压，并发出警告，停止后级三极管的恒功率老化。
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