光耦常用參數(shù)及光耦使用技巧

1、光耦常用參數(shù)正向壓降VF:二極管通過的正向電流為規(guī)定值時(shí)，正負(fù)極之間所產(chǎn)生的電壓降。正向電流IF:在被測(cè)管兩端加一定的正向電壓時(shí)二極管中流過的電流。反向電流IR:在被測(cè)管兩端加規(guī)定反向工作電壓VR時(shí)，二極管中流過的電流。反向擊穿電壓 VBR :被測(cè)管通過的反向電流 IR為規(guī)定值時(shí)，在兩極間所產(chǎn)生的電壓降。結(jié)電容 CJ ：在規(guī)定偏壓下，被測(cè)管兩端的電容值。反向擊穿電壓 V（BR）CEO ：發(fā)光二極管開路，集電極電流 IC 為規(guī)定值，集電極與發(fā)射集間的電壓降。輸出飽和壓降VCE（sat）:發(fā)光二極管工作電流 IF和集電極電流IC為規(guī)定值時(shí)，并保持IC/IF wCTRmin時(shí)（CTRmin在被測(cè)管技

2、術(shù)條件 中規(guī)定）集電極與發(fā)射極之間的電壓降。反向截止電流 ICEO ：發(fā)光二極管開路，集電極至發(fā)射極間的電壓為規(guī)定值時(shí)，流過集電極的電流為反向截止電流。 電流傳輸比 CTR ：輸出管的工作電壓為規(guī)定值時(shí)，輸出電流和發(fā)光二極管正向電流之比為電流傳輸比CTR 。脈沖上升時(shí)間tr、下降時(shí)間tf :光耦合器在規(guī)定工作條件下，發(fā)光二極管輸入規(guī)定電流IFP的脈沖波，輸出端管則輸出相應(yīng)的脈沖波，從輸出脈沖前沿幅度的10%到90%，所需時(shí)間為脈沖上升時(shí) 間tr。從輸出脈沖后沿幅度的90%到10%，所需時(shí)間為脈沖下降時(shí)間 tf。傳輸延遲時(shí)間 tPHL 、 tPLH ：光耦合器在規(guī)定工作條件下，發(fā)光二極管輸入規(guī)定

3、電流IFP 的脈沖波，輸出端管則輸出相應(yīng)的脈沖波，從輸入脈沖前沿幅度的50%到輸出脈沖電平下降到1.5V時(shí)所需時(shí)間為傳輸延遲時(shí)間tPHL。從輸入脈沖后沿幅度的 50%到輸出脈沖電平上升到 1.5V 時(shí)所需時(shí)間為傳輸延遲時(shí)間 tPLH 。入出間隔離電容 CIO ：光耦合器件輸入端和輸出端之間的電容值。入出間隔離電阻 RIO ：半導(dǎo)體光耦合器輸入端和輸出端之間的絕緣電阻值。入出間隔離電壓VIO :光耦合器輸入端和輸出端之間絕緣耐壓值。常用的器件。光電耦合器分為兩種：一種為非線性光耦，另一種為線性光耦。常用的 4N 系列光耦屬于非線性光耦常用的線性光耦是 PC817A C系列。 非線性光耦的電流傳輸

4、特性曲線是非線性的，這類光耦適合于弄開關(guān)信號(hào)的傳輸，不適合于傳輸模擬量。 線性光耦的電流傳輸手特性曲線接進(jìn)直線，并且小信號(hào)時(shí)性能較好，能以線性特性進(jìn)行隔離控制。開關(guān)電源中常用的光耦是線性光耦。如果使用非線性光耦，有可能使振蕩波形變壞，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)寄生振蕩，使數(shù)千赫的振蕩頻率被數(shù)十 到數(shù)百赫的低頻振蕩依次為號(hào)調(diào)制。由此產(chǎn)生的后果是對(duì)彩電，彩顯，VCD ， DCD 等等，將在圖像畫面上產(chǎn)生干擾。同時(shí)電源帶負(fù)載能力下降。在彩電，顯示器等開關(guān)電源維修中如果光耦損壞，一定要用線性光耦代換。常用的 4腳線性光耦有 PC817AC 。 PC111 TLP521 等常用的六腳線性光耦有： TLP632 TLP5

5、32 PC614 PC714 PS2031 等。常用的 4N25 4N26 4N35 4N36 是不適合用于開關(guān)電源中的，因?yàn)檫@ 4種光耦均屬于非線性光耦。 以下是目前市場(chǎng)上常見的高速光藕型號(hào)：100K bit/S:6N138 、 6N139 、 PS87031M bit/S:6N135 、 6N136 、 CNW135 、 CNW136 、 PS8601 、 PS8602 、 PS8701 、 PS9613 、 PS9713 、 CNW4502 、 HCPL-2503 、 HCPL-4502 、HCPL-2530 （雙路）、 HCPL-2531 （雙路）10M bit/S:6N137 、 P

6、S9614 、 PS9714 、 PS9611 、 PS9715 、 HCPL-2601 、 HCPL-2611 、 HCPL-2630（雙路）、 HCPL 2631 （雙路）光耦合器的增益被稱為晶體管輸出器件的電流傳輸比 （CTR） ，其定義是光電晶體管集電極電流與 LED 正向電流的比率 （ICE/IF） 。光電晶 體管集電極電流與 VC E有關(guān)，即集電極和發(fā)射極之間的電壓。可控硅型光耦還有一種光耦是可控硅型光耦。例如： moc3063 、IL420 ；它們的主要指標(biāo)是負(fù)載能力；例如： moc3063 的負(fù)載能力是 100mA ； IL420 是 300mA ；光耦使用技巧光電耦合器(簡稱

7、光耦)，是一種把發(fā)光元件和光敏元件封裝在同一殼體內(nèi)，中間通過電f光f電的轉(zhuǎn)換來傳輸電信號(hào)的半導(dǎo)體光電子器件。光電耦合器可根據(jù)不同要求，由不同種類的發(fā)光元件和光敏元件組合成許多系列的光電耦合器。目前應(yīng)用最廣的是發(fā)光二極管和光 敏三極管組合成的光電耦合器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1a 所示。光耦以光信號(hào)為媒介來實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的耦合與傳遞，輸入與輸出在電氣上完全隔離，具有抗干擾性能強(qiáng)的特點(diǎn)。對(duì)于既包括弱電控制 部分，又包括強(qiáng)電控制部分的工業(yè)應(yīng)用測(cè)控系統(tǒng)，采用光耦隔離可以很好地實(shí)現(xiàn)弱電和強(qiáng)電的隔離，達(dá)到抗干擾目的。但是，使用光耦 隔離需要考慮以下幾個(gè)問題： 光耦直接用于隔離傳輸模擬量時(shí)，要考慮光耦的非線性問題；

8、光耦隔離傳輸數(shù)字量時(shí)，要考慮光耦的響應(yīng)速度問題； 如果輸出有功率要求的話，還得考慮光耦的功率接口設(shè)計(jì)問題。1 光電耦合器非線性的克服光電耦合器的輸入端是發(fā)光二極管，因此，它的輸入特性可用發(fā)光二極管的伏安特性來表示，如圖1b 所示；輸出端是光敏三極管，因此光敏三極管的伏安特性就是它的輸出特性，如圖 1c 所示。由圖可見，光電耦合器存在著非線性工作區(qū)域，直接用來傳輸模擬量時(shí)精 度較差。圖 1 光電耦合器結(jié)構(gòu)及輸入、輸出特性解決方法之一，利用2個(gè)具有相同非線性傳輸特性的光電耦合器，T1和T2,以及2個(gè)射極跟隨器A1和A2組成，如圖2所示。如果T1和T2是同型號(hào)同批次的光電耦合器，可以認(rèn)為他們的非線性

9、傳輸特性是完全一致的，即K1(I1)=K2(I1)，則放大器的電壓增益G=Uo/U仁I3R3/I2R2=(R3/R2)K1(I1)/K2(I1)=R3/R2。由此可見，利用 T1和T2電流傳輸特性的對(duì)稱性，利用反饋原理，可以很好的補(bǔ)償他們?cè)瓉淼姆蔷€性。圖 2 光電耦合線性電路另一種模擬量傳輸?shù)慕鉀Q方法，就是采用VFC(電壓頻率轉(zhuǎn)換)方式，如圖3所示?，F(xiàn)場(chǎng)變送器輸出模擬量信號(hào)(假設(shè)電壓信號(hào))，電壓頻率轉(zhuǎn)換器將變送器送來的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖序列，通過光耦隔離后送出。在主機(jī)側(cè)，通過一個(gè)頻率電壓轉(zhuǎn)換電路將脈沖序列還原成 模擬信號(hào)。此時(shí)，相當(dāng)于光耦隔離的是數(shù)字量，可以消除光耦非線性的影響。這是一種有效、

10、簡單易行的模擬量傳輸方式。圖 3 VFC 方式傳送信號(hào)當(dāng)然，也可以選擇線性光耦進(jìn)行設(shè)計(jì)，如精密線性光耦TIL300，高速線性光耦6N135/6N136。線性光耦一般價(jià)格比普通光耦高，但是使用方便，設(shè)計(jì)簡單；隨著器件價(jià)格的下降，使用線性光耦將是趨勢(shì)。2 提高光電耦合器的傳輸速度當(dāng)采用光耦隔離數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，光電耦合器的傳輸特性，即傳輸速度，往往成為系統(tǒng)最大數(shù)據(jù)傳輸速率的決定因素。在許多總線式結(jié)構(gòu)的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，為了防止各模塊之間的相互干擾，同時(shí)不降低通訊波特率，我們不得不采用高速光耦來實(shí)現(xiàn)模塊之間的相互隔離。常用的高速光耦有6N135/6N136，6N137/6N138。但是，高速

11、光耦價(jià)格比較高，導(dǎo)致設(shè)計(jì)成本提高。這里介紹兩種方法來提高普通光耦的開關(guān)速度。由于光耦自身存在的分布電容，對(duì)傳輸速度造成影響，光敏三極管內(nèi)部存在著分布電容Cbe和Cce，如圖4所示。由于光耦的電流傳輸比較低，其集電極負(fù)載電阻不能太小，否則輸出電壓的擺幅就受到了限制。但是，負(fù)載電阻又不宜過大，負(fù)載電阻 RL越大，由于分布電容的存在，光電耦合器的頻率特性就越差，傳輸延時(shí)也越長。圖 4 光敏三極管內(nèi)部分布電容用2只光電耦合器T1, T2接成互補(bǔ)推挽式電路，可以提高光耦的開關(guān)速度，如圖5所示。當(dāng)脈沖上升為“ 1”電平時(shí)，T1截止，T2導(dǎo)通。相反，當(dāng)脈沖為 “0”電平時(shí)，T1導(dǎo)通，T2截止。這種互補(bǔ)推挽式

12、電路 的頻率特性大大優(yōu)于單個(gè)光電耦合器的頻率特性。圖 5 2 只光電耦合器構(gòu)成的推挽式電路此外，在光敏三極管的光敏基極上增加正反饋電路，這樣可以大大提高光電耦合器的開關(guān)速度。如圖 6 所示電路，通過增加一個(gè)晶 體管，四個(gè)電阻和一個(gè)電容，實(shí)驗(yàn)證明，這個(gè)電路可以將光耦的最大數(shù)據(jù)傳輸速率提高10 倍左右。圖 6 通過增加光敏基極正反饋來提高光耦的開關(guān)速度3 光耦的功率接口設(shè)計(jì) 微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到功率接口電路，以便于驅(qū)動(dòng)各種類型的負(fù)載，如直流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、各種電磁閥等。這種接口 電路一般具有帶負(fù)載能力強(qiáng)、輸出電流大、工作電壓高的特點(diǎn)。工程實(shí)踐表明，提高功率接口的抗干擾能力，是保證工業(yè)自動(dòng)

13、化裝置正 常運(yùn)行的關(guān)鍵。就抗干擾設(shè)計(jì)而言，很多場(chǎng)合下，我們既能采用光電耦合器隔離驅(qū)動(dòng)，也能采用繼電器隔離驅(qū)動(dòng)。一般情況下，對(duì)于那些響應(yīng)速度 要求不很高的啟停操作，我們采用繼電器隔離來設(shè)計(jì)功率接口；對(duì)于響應(yīng)時(shí)間要求很快的控制系統(tǒng)，我們采用光電耦合器進(jìn)行功率接口 電路設(shè)計(jì)。這是因?yàn)槔^電器的響應(yīng)延遲時(shí)間需幾十ms,而光電耦合器的延遲時(shí)間通常都在10us之內(nèi)，同時(shí)采用新型、集成度高、使用方便的光電耦合器進(jìn)行功率驅(qū)動(dòng)接口電路設(shè)計(jì)，可以達(dá)到簡化電路設(shè)計(jì)，降低散熱的目的。圖7是采用光電耦合器隔離驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載的典型電路。因?yàn)槠胀ü怆婑詈掀鞯碾娏鱾鬏敱菴RT非常小，所以一般要用三極管對(duì)輸出電流進(jìn)行放大，也可以直

14、接采用達(dá)林頓型光電耦合器（見圖8）來代替普通光耦T1。例如東芝公司的4N30。對(duì)于輸出功率要求更高的場(chǎng)合，可以選用達(dá)林頓晶體管來替代普通三極管，例如ULN2800高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，它的輸出電流和輸出電壓分別達(dá)到500mA 和 50V。圖 7 光電隔離，加三極管放大驅(qū)動(dòng)圖 8 達(dá)林頓型光電耦合器對(duì)于交流負(fù)載，可以采用光電可控硅驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行隔離驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，例如TLP541G, 4N39。光電可控硅驅(qū)動(dòng)器，特點(diǎn)是耐壓高，驅(qū)動(dòng)電流不大，當(dāng)交流負(fù)載電流較小時(shí)，可以直接用它來驅(qū)動(dòng)，如圖 9 所示。當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí)，可以外接功率雙向可控硅，如圖 10所示。其中， R1為限流電阻，用于限制光電可控硅的電流；R2為耦合電阻，其上的分壓用于觸 發(fā)功率雙向可控硅。圖 9 小功率交流負(fù)載圖 10 大功率交流負(fù)載當(dāng)需要對(duì)輸出功率進(jìn)行控制時(shí)， 可以采用光電雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器，例如MOC3010圖11為交流可控驅(qū)動(dòng)電路，來自微機(jī)的控制信號(hào) 經(jīng)過光電雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器 T1隔離，控制雙向可控硅 T2的導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)交流