光耦基礎(chǔ)知識30匯總

1、 光耦基礎(chǔ)知識及Avago產(chǎn)品技術(shù)中心2010-12-14知識框架光耦基礎(chǔ)知識光耦基礎(chǔ)知識光耦內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理光耦特性幾種數(shù)字隔離器優(yōu)勢對比光耦分類相關(guān)參數(shù)指標說明光耦的應(yīng)用光耦的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域幾種常用光耦的特性Avago光耦產(chǎn)品光耦產(chǎn)品Avago光耦的特點Avago光耦的詳細產(chǎn)品分類附：術(shù)語說明附：術(shù)語說明光耦的基礎(chǔ)知識光耦的基礎(chǔ)知識光耦內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。 圖1 光耦原理圖電電 光光 電電光耦特性-SWOT分析數(shù)字隔離器的取代：數(shù)字隔離器的取代：速度快、速度快、功耗低、功耗低、可靠

2、性高可靠性高Strengths：共模抑制能力強；共模抑制能力強；抗干擾能力強；抗干擾能力強；無粗點、壽命長；無粗點、壽命長；效率高；效率高；WOT各種數(shù)字隔離器的性能優(yōu)點缺點示意圖廠商陣營應(yīng)用場合光耦合技術(shù)抗干擾強速度受限、功耗、LED老化Avago、Vishay、Toshiba.Fairchild電機、電源控制系統(tǒng)電感耦合技術(shù)共模差異和差分傳輸特性 （變壓器允許噪聲和信號頻率重疊，但是會呈現(xiàn)出噪聲高共模阻抗和信號低差分阻抗。 ）信號能量傳輸可以為近 100% 的效率 對外部磁場（噪聲）的磁化 數(shù)據(jù)運行長度 受限（變壓器允許的帶寬內(nèi)）ADI、Silicon Lads電力自動化、工業(yè)測量、樓宇控

3、制、煤礦安全、安防消防、智能交通、流量計、運動控制、電機控制、汽車車體通訊、儀器儀表、航天航空等 光耦主要參數(shù)絕緣耐壓爬電距離：兩個導(dǎo)電部件之間,或一個導(dǎo)電部件與設(shè)備及易接觸表面之間沿絕緣材料表面測量的最短空間距離。沿絕緣表面放電的距離即泄漏距離也稱爬電距離，簡稱爬距。一般有兩種測試條件，一種為1min，一種為1sec。 共模抑制比CMR在光耦內(nèi)部，由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很?。?pF以內(nèi)）所以共模輸入電壓通過極間耦合電容對輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。增益-電流傳輸比電流轉(zhuǎn)換比有一定范圍，和電流轉(zhuǎn)換比有一定范圍，和LED電流，環(huán)境溫度都有關(guān)系，并且會隨使用時間電流，環(huán)境溫度

4、都有關(guān)系，并且會隨使用時間衰減。衰減。電流傳輸比電流傳輸比CTR：輸出管的工作電壓為規(guī)定值時，輸出電流和發(fā)光二極管正輸出管的工作電壓為規(guī)定值時，輸出電流和發(fā)光二極管正向電流之比，通常用直流電流傳輸比來表示。當輸出電壓保持恒定時，它等于向電流之比，通常用直流電流傳輸比來表示。當輸出電壓保持恒定時，它等于直流輸出電流直流輸出電流IC與直流輸入電流與直流輸入電流IF的百分比。的百分比。采用一只光敏三極管，CTR的范圍為20%300%（如4N35），PC817則為80%160%，達林頓型光耦合器（如4N30）可達100%5000%。Speed 光耦速度：光耦速度：單位為Mbit/s，通常標識為MBd，

5、 1MBd=1Mbit/s；輸出輸出-傳輸延時、脈寬失真比和延時偏差傳輸延時、脈寬失真比和延時偏差速度 單位為Mbit/s，通常標識為MBd， 1MBd=1Mbit/s；低速型號：低速型號： 10Kbps及以下中速型號：中速型號： 100K1M高速型號：高速型號： 1M以上在通信應(yīng)用中，DeviceNet規(guī)定了相對較低的數(shù)據(jù)速率，包括125kBd、250kBd和500kBd，傳播延遲要求小于40ns；CAN總線規(guī)定了125kBd低速和1MBd高速數(shù)據(jù)速率，但對傳播延時沒有嚴格的要求；Profibus發(fā)送數(shù)據(jù)則要求在12MBd范圍內(nèi)，并規(guī)定了隔離器、收發(fā)器和連接本身的PWD總延時。LED驅(qū)動電流

6、及正向壓降采用高效率的采用高效率的LED和高增益的接收放大電路可以降低驅(qū)動電流的需求。和高增益的接收放大電路可以降低驅(qū)動電流的需求。較小的較小的If可以降低系統(tǒng)功耗，并降低可以降低系統(tǒng)功耗，并降低LED的衰減，提高系統(tǒng)長期可靠性。的衰減，提高系統(tǒng)長期可靠性。發(fā)光二極管正向壓降Vf：大于普通二極管的正向壓降，大約為2V；光耦的分類-1非線性光耦：適合開關(guān)信號的傳輸，不適合模擬量傳輸。4N系列線性光耦：電流傳輸特性曲線接近直線，且小信號性能較好。PC817AC系列 按輸出特性分按速度分低速光耦：光敏三極管、光電池等輸出型高速光耦：光敏二極管帶信號處理電路或者光敏集成電路輸出型按封裝形式分同軸型雙列

7、直插型TO封裝型扁平封裝型貼片封裝型光纖傳輸型按通道分單通道雙通道多通道光耦的分類-2按隔離特性分普通隔離光耦：一般光學膠灌封低于5000V，空封低于2000V高壓隔離光耦：可分為10kV，20kV，30kV等按工作電壓分低電源電壓型光電耦合器（一般515V）高電源電壓型光電耦合器（一般大于30V）交流輸入，三極管輸出型直流輸入,達林頓三極管輸出型多通道三極管輸出型光耦合器是70年代發(fā)展起來產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級間耦合、驅(qū)動電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離 、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備

8、及微機接口中。光耦的應(yīng)用電機中的應(yīng)用 微機測控系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到功率接口電路，以便于驅(qū)動各種類型的負載，如直流伺服電機、步進電機、各種電磁閥等。這種接口電路一般具有帶負載能力強、輸出電流大、工作電壓高的特點。工程實踐表明，提高功率接口的抗干擾能力，是保證工業(yè)自動化裝置正常運行的關(guān)鍵。UPS中的應(yīng)用工業(yè)現(xiàn)場總線中的應(yīng)用初級控制開關(guān)電源中的應(yīng)用次級控制開關(guān)電源中的應(yīng)用門極驅(qū)動光耦在馬達和電源控制系統(tǒng)中，電源設(shè)備與微控制器間的信號都需要隔離，同時需要附加門極驅(qū)動及電流/電壓傳感等功能。Avago門極驅(qū)動及隔離放大產(chǎn)品為馬達控制應(yīng)用提供低成本、高性能的解決方案。高性能的馬達驅(qū)動要求精確的時鐘，以實現(xiàn)精

9、準的開關(guān)操作。而微控制器的控制信號要與高壓端隔離開，Avago提供多款門極驅(qū)動光耦供選擇。特性特性應(yīng)用應(yīng)用速度快、共模抑制能力強、驅(qū)動能力強；電機、電源控制系統(tǒng)中的門極驅(qū)動、工業(yè)變頻器；線性光耦特性特性應(yīng)用應(yīng)用線性度高，特別是小信號時；適合傳輸模擬電壓或電流信號，電流/電壓傳感檢測；線性光耦合器與普通光耦合器典型的CTR-IF特性曲線，分別如圖中的虛線和實線所示。由圖可見，普通光耦合器的CTR-IF特性曲線呈非線性，在IF較小時的非線性失真尤為嚴重，因此它不適合傳輸模擬信號。線性光耦合器的CTR-IF特性曲線具有良好的線性度，特別是在傳輸小信號時，其交流電流傳輸比(CTRIC/IF)很接近于直

10、流電流傳輸比CTR值。因此，它適合傳輸模擬電壓或電流信號，能使輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。這是其重要特性。電流環(huán)隔離 一般情況下，電壓信號進行長線傳輸，會受到噪聲干擾，同時傳輸線的分布電阻會產(chǎn)生壓降，為了解決這些問題，避開相關(guān)噪聲的影響，通常我們會用電流來傳輸信號，因為電流對噪聲并不敏感。 420mA的電流環(huán)便是用4mA表示零信號，用20mA表示信號的滿刻度，而低于4mA高于20mA的信號用于各種故障的報警。 在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，及儀器儀表、傳感器應(yīng)用中，廣泛采用420mA電流來傳輸控制、檢測信號。由于420mA電流環(huán)路抗干擾能力強，線路簡單，可用來傳輸幾十甚至幾百米長的模擬信號。一般情況下，

11、傳輸距離超過10米，就需要對電流信號進行隔離。Avago器件示例：器件示例：Avago光耦光耦A(yù)vago光耦特點產(chǎn)品種類多，涵蓋各種封裝、速率，多通道數(shù)供選擇；產(chǎn)品性能高：速度快（達到50MBd）、共模抑制能力強（達40kV/us）、低電壓、低功耗、大工作溫度范圍、有支持雙電源電壓產(chǎn)品。主要的應(yīng)用領(lǐng)域是在工業(yè)市場，包括工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、電機控制、輸入輸出隔離、配電系統(tǒng)以及交換式電源等。同時在開拓新興市場，包括消費類產(chǎn)品，如等離子顯示器、空調(diào)、感應(yīng)加熱電磁爐、健身器材、洗衣機等。Avago光耦的詳細分類光電耦合器光電耦合器 - 密封密封 10 MBd、高 CMR、單通道 (32) 10 MBd、高 CM

12、R、雙通道 (75) 10 MBd、高 CMR、四通道 (5) 20MBd、極高速 (49) 5 MBd、低電流、寬 Vcc (54) IGBT 門驅(qū)動 (26) 交/直流轉(zhuǎn)邏輯接口 (21) 單通道高速晶體管 (22) 雙通道高速晶體管 (49) 四通道高速晶體管 (5) 密封功率 MOSFET (17) 智能功率模塊和門驅(qū)動接口 (17) 模擬隔離放大器 (13) 高增益單通道 (44) 高增益雙通道 (49) 高增益四通道 (56) 高速邏輯門、10MBd 線路接收器 (20) 光電耦合器光電耦合器 - 塑料封裝光耦塑料封裝光耦 固態(tài)繼電器 (Photo MOSFET) (28) 多通道

13、雙向數(shù)字光電耦合器 (6) 寬帶模擬 / 視頻光電耦合器 (2) 微型隔離放大器 (19) 數(shù)字光電耦合器 100KBd 達靈頓晶體管輸出光電耦合器 (22) 10MBd 邏輯門 (44) 1MBd 晶體管輸出光電耦合器 (19) 20MBd 邏輯門 (2) 5MBd 邏輯門 (12) 8MBd 邏輯門 (2) 高速 CMOS 邏輯門 (17) 數(shù)字隔離器 (12) 智能功率模塊接口光電耦合器 (33) 電力線通信接口 (5) 車用光電耦合器 - AEC-Q100 光電耦合器 車用微型隔離放大器 (1) 車用數(shù)字光電耦合器 (4) 車用智能功率模塊接口光電耦合 (2) 車用集成型門驅(qū)動光電耦合

14、器 (3) 通用光敏晶體管光電耦合器 (20) 隔離 20 mA 電流環(huán)路發(fā)射器-接收器 (2) 隔離型電壓/電流檢測器 (5) 隔離線路接收器 (2) 集成型門驅(qū)動光電耦合器 (36) 高線性度模擬光電耦合器 (2) 可鏈接至官網(wǎng)可鏈接至官網(wǎng)Avago塑料光耦產(chǎn)品分類Avago專用光耦特點術(shù)語正向壓降正向壓降VF：二極管通過的正向電流為規(guī)定值時，正負極之間所產(chǎn)生的電壓降。正向電流正向電流IF：在被測管兩端加一定的正向電壓時二極管中流過的電流。反向電流反向電流IR：在被測管兩端加規(guī)定反向工作電壓VR時，二極管中流過的電流。 反向擊穿電壓反向擊穿電壓VBR：被測管通過的反向電流IR為規(guī)定值時，在

15、兩極間所產(chǎn)生的電壓降。 結(jié)電容結(jié)電容CJ：在規(guī)定偏壓下，被測管兩端的電容值。 反向擊穿電壓反向擊穿電壓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，并保持IC/IFCTRmin時（CTRmin在被測管技術(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，流過集電極的電流為反向截止電流。 電流傳輸比電流傳輸比CTR：輸出管的工作電壓為規(guī)定值時，輸出電流和發(fā)光二極管正向電流之比為電流傳輸比CT

16、R。 脈沖上升時間脈沖上升時間tr、下降時間、下降時間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%，所需時間為脈沖上升時間tr。從輸出脈沖后沿幅度的90%到10%，所需時間為脈沖下降時間tf。 傳輸延遲時間傳輸延遲時間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時所需時間為傳輸延遲時間tPHL。從輸入脈沖后沿幅度的50%到輸出脈沖電平上升到1.5V時所需時間為傳輸延遲時間tPLH。 入出

17、間隔離電容入出間隔離電容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。 CMTR（commonmodetransient rejection）：）：描述共模電壓上升/下降的速度，單位volts per microsecond。爬電距離：爬電距離：兩個導(dǎo)電部件之間,或一個導(dǎo)電部件與設(shè)備及易接觸表面之間沿絕緣材料表面測量的最短空間距離。沿絕緣表面放電的距離即泄漏距離也稱爬電距離，簡稱爬距。一般有兩種測試條件，一種為1min，一種為1sec。老化：老化：光耦的老化是由LED燈的光衰引起的，不同廠家的光衰曲線不同， 以下為Cree公司的光衰曲線，供參考，其光衰與結(jié)溫有關(guān)系。人有了知識，就會具備各種分析能力，人有了知識，就會具備各種分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我們要