DD291433A5

DD291433A5 - Ansteuerschaltung fuer optokoppler

Info

Publication number: DD291433A5
Application number: DD33670989A
Authority: DD
Inventors: Werner Reichert; Andreas Exner
Original assignee: Robotron-Elektronik Dresden,De
Priority date: 1989-12-29
Filing date: 1989-12-29
Publication date: 1991-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung fuer Optokoppler, in der die Lichtemitterdiode in Reihe mit zwei Vorwiderstaenden geschaltet ist und ein npn-Transistor vorhanden ist, dessen Kollektor mit der Anode der Lichtemitterdiode verbunden ist. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, dasz bei der durch eine geeignete UEberbrueckung eines der Vorwiderstaende der Lichtemitterdiode eine bezueglich Hoehe und Dauer definierte UEbersteuerung der Lichtemitterdiode zu Beginn des Stromimpulses und eine Umpolung der Lichtemitterdiode am Ende des Stromimpulses erreicht wird. Die Loesung besteht darin, dasz ein pnp-Transistor dem hoeher dimensionierten Vorwiderstand mit Kollektor und Emitter parallel geschaltet ist und dessen Basis ausgangsseitig mit einer Impulsschaltung verbunden ist, an die eingangsseitig das Gatter angeschlossen ist, das mit seinem Ausgangspotential das Ein- und Ausschalten der Lichtemitterdiode und das Verhalten des npn-Transistors steuert. Fig. 1{Optokoppler; Lichtemitterdiode; Ansteuerschaltung; Widerstand; Transistor; Diode; Impulsschaltung; UEbersteuerung; Umpolung}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung fur Optokoppler, die in Anordnungen fur schnelle Ein- und Ausschaltvorgange eingesetzt wird

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist eine Ansteuerschaltung fur Optokoppler bekannt, in der die Lichtemitterdiode des Optokopplers durch kurzzeitige Überhöhung des Impulsstromes bis über den zulassigen Dauerstromwert hinaus angesteuert wird, um den Fototransistor zu übersteuern und schnell in den leitenden Zustand zu schalten (z B DE-OS 2846710, H04 B-9/00, DD-WP 264802, H04B-9/00) Die Lichtemitterdiode ist mit einer Reihenschaltung von Vorwiderstanden verbunden Es ist ein npn-Transistor vorhanden, dessen Kollektor mit der Anode der Lichtemitterdiode und dem ersten Anschluß des einen Vorwiderstandes verbunden ist Der zweite Anschluß des einen Vorwiderstandes steht mit dem ersten Anschluß des anderen Vorwiderstandes, der zweite Anschluß des anderen Vorwiderstandes mit der positiven Betriebsspannungsleitung und die Katode der Lichtemitterdiode mit der Masseleitung in Verbindung Der Basis des npn-Transistors ist ein Gatter vorgeschaltet Der andere Vorwiderstand der Lichtemitterdiodewird durch einen Kondensator überbrückt, so daß zu Beginn des Ansteuerimpulsesein erhöhter Strom in der Lichtemitterdiode zustande kommt Die Aufladung des Kondensators muß vor dem Abschalten des Impulses abgeklungen sein Der Nachteil dieser bekannten Losung besteht darin, daß beim Abschalten noch eine starke Übersteuerung des Fototransistors vorhanden ist, was eine große Speicherzeit zur Folge hat Zwischen zwei Ansteuenmpulsen muß sich der Kondensator vollständig entladen können Bei praktischen Werten des überbrückenden Kondensators, mit denen eine wirksame Übersteuerung der Lichtemitterdiode und des Fototransistors erreicht wird, entstehen Auf- und Entladezeitkonstanten, die die obere Grenzfrequenz stark einschränken

Es ist weiterhin bekannt, die Lichtemitterdiode beim Abschalten des Ansteuerimpulses durch eine kurzzeitig niederohmig gesteuerte Kollektor-Emitter-Strecke eines parallel geschalteten Transistors kurzzuschließen, um die Kapazität der Lichtemitterdiode zu entladen (DD-WP 264802, H048 — 9/00) Der Nachteil dieser bekannten Losung besteht darin, daß die erreichbare Abschaltgeschwindigkeit bei hohen Frequenzuen noch störend wirkt

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, das Ein- und Ausschaltverhalten der Lichtemitterdiode eines Optokopplers zu verbessern, um die Ein- und Ausschaltverzögerung des Optokopplers zu reduzieren

-2- 291 433 Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansteuerschaltung fur Optokoppler anzugeben, bei der durch eine geeignete Überbrückung eines der Vorwiderstande der Lichtemitterdiode eine bezüglich Hohe und Dauer definierte Übersteuerung der Lichtemitterdiodezu Beginn des Stromimpulses und eine Umpolung der Lichtemitterdiode am Ende des Stromimpulses erreicht werden

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß ein pnp-Transistor den hoher dimensionierten Vorwiderstand der beiden Vorwiderstande überbrückt Der Kollektor des pnp-Transistors ist an den ersten Anschluß des hoher dimensionierten zweiten Vorwiderstandes eingeschlossen, dessen Emitter mit der positiven Betriebsspannungsleitung und dessen Basis mit dem Ausgang einer Impulsschaltung verbunden ist, wobei die Impulsschaltung zwischen der positiven Betriebsspannungsleitung und der Masseleitung liegt und ihr Eingang an den Ausgang eines Gatters angeschlossen ist Der Kollektor des npn-Transistors ist mit der Anode der Lichtemitterdiode und dem ersten Anschluß des ersten Vorwiderstandes, der zweite Anschluß des ersten Vorwiderstandes ist mit dem ersten Anschluß des zweiten Vorwiderstandes, der zweite Anschluß des zweiten Vorwiderstandes ist mit der positiven Betriebsspannungsleitung und die Katode der Lichtemitterdiode ist mit der Masseleitung verbunden Der Emitter des npn-Transistors ist an die negative Betriebsspannungsleitung, die Basis ist über einen dritten Widerstand ebenfalls an die negative Betriebsspannungsleitung und an die Katode einer Diode angeschlossen und die Anode der Diode ist mit dem ersten Anschluß eines vierten Widerstandes verbunden, dessen zweiter Anschluß an den Ausgang des Gatters geschaltet ist Die Diode senkt das Basispotential des npn-Transistors bei Vorhandensein eines niedrigen Potentials (LOW) am Ausgang des Gatters, um den npn-Transistor sicher zu sperren Bei sehr stark negativer Betriebsspannung können mehrere Dioden notwendig werden

Nachfolgend wird die Funktion der Erfindung erläutert Im Ruhezustande hegt der Eingang des Gafters auf hohem Potential (HIGH) Der Ausgang des Gatters fuhrt ebenfalls hohes Potential und der npn-Transistor ist leitend gesteuert, so daß die Anode der Lichtemitterdiode des Optokopplers gegenüber ihrer Katode negatives Potential fuhrt Der pnp-Transistor ist nicht leitend, und es fließt ein Strom von der positiven Betriebsspannungsleitung über die Vorwiderstande und über die Kollektor-Emitterstrecke des npn-Transistors zur negativen Betriebsspannungsleitung

Schalten Eingang und Ausgang des Gatters auf niedriges Potential (LOW) um, so wird der pnp-Transitors etwas verzögert nichtleitend gesteuert und der Strom in die Lichtemitterdiode umgeleitet Mit etwa gleicher Verzögerung wird der pnp-Transistor über die auf die negative Flanke des Gatters ansprechende Impulsschaltung leitend gesteuert, wodurch ein im wesentlichen durch den ersten Vorwiderstand bestirnter Strom von der positiven Betriebsspannungsleitung über die Emitter-Kollektorstrecke des pnp-Transistors, den ersten Vorwiderstand und die Lichtemitterdtode des Optokopplers zur Masseleitung fließt Nach einer kurzen Zeit, die durch die Bauelemente der Impulsschaltung festgelegt werden kann und die sich nach der Ubertragungsrate sowie den Eigenschaften des Fototransistors des Optokopplers richtet, wird der pnp Transistor durch die Impulsschaltung nichtleitend gesteuert, so daß fur die weitere Dauer des Ansteuerimpulses ein im wesentlichen durch den zweiten Vorwiderstand bestimmter Strom von der positiven Betriebsspannleitung über den ersten und den zweiten Vorwiderstand und die Lichtemitterdiode des Optokopplers zur Masseleitung fließt Wahrend dieser Zeit wird die starke Übersteuerung des Fototransistors des Optokopplers, wodurch dieser sehr schnell leitend gesteuert wurde, abgeschaltet, so daß seine Speicherzeit reduziert ist Die an Ein und Ausgang des Gatters folgende positive Impulsflanke schaltet den npn Transistor in den leitenden Zustand, wodurch der durch die Ltchtemitterdiode des Optokopplers fließende Strom vom npn Transistor übernommen und die Lichtemitterdiode wiederum umgepolt wird Die Umpolung der Lichtemitterdiode bewirkt eine schnelle Entladung ihrer Kapazität, was zur Verbesserung des Ausschaltverhaltens des Fototransistors des Optokopplers fuhrt Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß durch eine definierte Übersteuerung der Lichtemitterdiode kürzere Einschaltzelten und durch die Umpolung der Lichtemitterdiode verbesserte Ausschaltzeiten des Fototransistors im Optokoppler erreicht werden, was zu wesentlich höheren Ubertragungsfrequenzen fuhrt

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand eines Ausfuhrungsbeispieles naher erläutert In den zugehörigen Zeichnungen stellen dar

Fig 1 Ansteuerschaltung fur Optokoppler und Fig 2 Impulsdiagramme

Die erfindungsgemaße Ansteuerschaltung fur Optokoppler ist in Fig 1 dargestellt An die Anode der Lichtemitterdiode des Optokopplers 1 sind der Kollektor des npn-Transistors 2 und die Reihenschaltung des ersten und zweiten Vorwiderstandes 3und 4 angeschlossen, wobei der zweite Vorwiderstand 4 einen größeren Widerstandswert als der erste Vorwiderstand 3 besitzt Beide Vorwiderstande 3 und 4 bestimmen den stationären Impulsstrom durch die Lichtemitterdiode oder den npn Transistor 2 Der erste Vorwiderstand 3 legt den kurzzeitigen Spitzenstrom durch die Lichtemitterdiode fest, der bei Einhaltung der vorgeschriebenen Dauer den spezifizierten Spitzendurchlaßstrom der Lichtemitterdiode erreichen kann Die Ansteuerschaltung enthalt auch die Beschaltung des npn-Transistors 2 im Basiskreis mit der Diode 5 und dem dritten und dem vierten Widerstand 6 und 7 Es sind erfindungsgemaß der pnp-Transistor 8, die Impulsschaltung 9 und ein Gatter 10 vorhanden Über die positive Betriebsspannungsleitung 11 und die Masseleitung 12 wird die Ansteuerschaltung gespeist Die negative Betriebsspannungsleitung 13 ist mit dem Emitter des npn-Transistors 2 und dem zweiten Anschluß des dritten Widerstandes 6 verbunden Die Katode der Lichtemitterdiode des Optokopplers 1 und der erste Betriebsspannungsanschluß der Impulsschaltung 9 sind mit der Masseleitung 12 und der zweite Betriebsspannungsanschluß der Impulsschaltung 9 ist mit der positiven Betriebsspannungsleitung 11 verbunden

Der pnp-Transistor 8 wird von der Impulsschaltung 9 derart gesteuert, daß er beim Auftreten einer negativen Impulsflanke am Ausgang bzw. Eingang des Gatters 10 kurzzeitig leitend ist und dabei den zweiten Vorwiderstand 4 mit seiner niederohmigen Kollektor-Emitterstrecke überbrückt. Im Ruhezustand der Ansteuerschaltung führen Eingang und Ausgang des Gatters 10 positives Potential U, (Fig. 2 a). Über den vierten Widerstand 7 und die Diode 5 ist der npn-Transistor 2 leitend gesteuert, und die Anode der Lichtemitterdiode 1 des Optokopplers weist ein negatives Potential U_1-Ed gegenüber dem Bezugspotential Masse bzw. Katode (Fig.2b) auf. Der Ausgang der Impulsschaltung 9 hat hohes Potential U_A-9 und der pnp-Transistor 8 ist nichtleitend (Fig. 2 c). Der von der positiven Betriebsspannungsleitung 11 über die beiden Vorwiderstände 3,4 fließende Strom wird über den npn-Transistor 2 zur negativen Betriebsspannungsleitung 13 abgeleitet, und der Strom I_LED durch die Lichtemitterdiode ist Null (Fig.2d).

Ein negativer Impuls am Ein- bzw. Ausgang des Gatters 10 bewirkt, daß der npn-Transistor 2 gesperrt und die Impulsschaltung 9 der Basis des pnp-Transistors 8 einen negativen Impuls der Dauer τ zuführt und diesen während dieser Zeit leitend steuert (Fig.2c). Die Lichtemitterdiode übernimmt dabei den Strom des npn-Transistors 2, der infolge des kurzgeschlossenen zweiten Vorwiderstandes 4 auf einen hohen, durch den ersten Vorwiderstand 3 festgelegten Wert springt (Fig.2 d). Die Spannung ander Lichtemitterdiode wird positiv und infolge der weiten Aussteuerung der Lichtemitterdiode gegenüber dem stationären Wert etwas erhöht (Fig. 2 b).

Beim Abschalten der Impulsschaltung 9 wird der pnp-Transistor 8 wieder nichtleitend und Spannung und Strom der Lichtemitterdiode nehmen die stationären Werte an, die durch die beiden Vorwiderstände 3 und 4 vorgegeben sind.

Schalten Ein-und Ausgang des Gatters 10 wieder auf den Ruhezustand zurück, so wird der npn-Transistor 2 wieder leitend und durch die Umpolung der Lichtemitterdiode entsteht eine negative durch die Kapazität der Lichtemitterdiode bedingte Entladestromspitze, bevorsich der stationäre Wert des Sperrstromes durch die Lichtemitterdiode einstellt, und die Spannung an der Lichtemitterdiode wieder negativ wird.

Die Impulsschaltung 9 besteht im einfachsten Fall aus einem Differenzierglied, wobei der relativ kleine Eingangskondensator zwischen dem Ausgang des Gatters 10 und die Basis des pnp-Transistors 8 sowie an den ersten Anschluß eines weiteren Widerstandes geschaltet ist, dessen zweiter Anschluß mit der positiven Betriebsspannungsleitung 11 verbunden ist, und zwischen der Betriebsspannungsleitung 11 und der Basis des pnp-Transistors 8 eine Schutzdiode vorzusehen ist. Mit diesem Differenzierglied werden kleinere Zeitkonstanten erreicht als bei Überbrückung des zweiten Vorwiderstandes 4 mit einem Kondensator, so daß eine höhere Übertragungsrate erreicht wird.

Eine sehr vorteilhafte Ausbildung der Impulsschaltung 9 besteht in der Verwendung einer monostabilen Kippschaltung, mit der definierte und vergleichsweise sehr kurze Zeitwerte der Übersteuerung τ programmiert werden können, und wo bei Verwendung entsprechender Kippschaltungstypen kein die Frequenz begrenzender Einfluß durch die Mittel der Übersteuerungsschaltung besteht.

Claims

1. Ansteuerschaltung für Optokoppler, in der die Lichtemitterdiode mit einer Reihenschaltung von Vorwiderständen verbunden ist und ein npn-Transistor vorhanden ist, dessen Kollektor mit der Anode der Lichtemitterdiode und dem ersten Anschluß des ersten Vorwiderstandes, der in Reihe mit einem zweiten Vorwiderstand geschaltet ist, der zweite Anschluß des zweiten Vorwiderstandes mit der positiven Betriebsspannungsleitung und die Katode der Lichtemitterdiode mit der Masseleitung verbunden sind und der Basis des npn-Transistors ein Gatter vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschluß des zweiten Vorwiderstandes (4) an den Kollektor eines pnp-Transistors (8) angeschlossen ist, dessen Emitter mit der positiven Betriebsspannungsleitung (11) und dessen Basis mit dem Ausgang einer Impulsschaltung (9) verbunden ist, wobei die Impulsschaltung (9) zwischen der positiven Betriebsspannungsleitung (11) und der Masseleitung (12) liegt und ihr Eingang an den Ausgang des Gatters (10) angeschlossen ist.

2. Ansteuerschaltung für Optokoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des npn-Transistors (2) an eine negative Betriebsspannungsleitung (13), die Basis über einen dritten Widerstand (6) ebenfalls an die negative Betriebsspannungsleitung (13) und an die Katode einer Diode (5) angeschlossen ist, und die Anode der Diode (5) mit dem ersten Anschluß eines vierten Widerstandes (7) verbunden ist, dessen zweiter Anschluß an den Ausgang des Gatters (10) geschaltet ist.

3. Ansteuerschaltung für Optokoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsschaltung (9) als Differenzierglied oder als monostabiler Multivibrator ausgebildet ist.