光耦学习

 

光耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦是开关电源电路中常用的器件。

 

 
光耦的作用
光耦信号的传输是单方向的，主要用于隔离信号传输，特别适合作为长距离的信号传输的终端信号接受元件，可以大大提高信噪比。在各种应用中，往往有一些远距离的开关量信号需要传送到控制器，如果直接将这些信号接到单片机的I/O上，有以下的问题：
1) 信号不匹配，输入的信号可能是交流信号、高压信号、按键等干接点信号；
2) 比较长的连接线路容易引进干扰、雷击、感应电等，不经过隔离不可靠，所以，需要光耦进行隔离，接入单片机系统。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。

 

光耦的工作原理
耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。

 

 
光耦的种类
光电耦合器分为两种：一种为非线性光耦，另一种为线性光耦。
非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于开关信号的传输，不适合于传输模拟量。 常用的4N系列光耦属于非线性光耦 。
线性光耦的电流传输特性曲线接近直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。 常用的线性光耦是PC817A—C系列。
开关电源中常用的光耦是线性光耦。如果使用非线性光耦，有可能使振荡波形变坏，严重时出现寄生振荡，使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的低频振荡依次为号调制。由此产生的后果是对彩电，彩显，VCD，DCD等等，将在图像画面上产生干扰。同时电源带负载能力下降。 在彩电，显示器等开关电源维修中如果光耦损坏，一定要用线性光耦代换。 常用的4脚线性光耦有PC817A----C。PC111 TLP521等常用的六脚线性光耦有：LP632 TLP532 PC614 PC714 PS2031等。 常用的4N25 4N26 4N35 4N36是不适合用于开关电源中的，因为这4种光耦均属于非线性光耦。光耦的结构

光耦的技术参数
1、正向压降VF：二极管通过的正向电流为规定值时，正负极之间所产生的电压降。
2、正向电流IF：在被测管两端加一定的正向电压时二极管中流过的电流。
3、反向电流IR：在被测管两端加规定反向工作电压VR时，二极管中流过的电流。
4、脉冲上升时间tr、下降时间tf、传输延迟时间tPHL、tPLH：
5、电流传输比CTR：输出管的工作电压为规定值时，输出电流和发光二极管正向电流之比为电流传输比CTR。电流传输比是光耦合器的重要参数，通常用直流电流传输比来表示。当输出电压保持恒定时，它等于直流输出电流IC与直流输入电流IF的百分比。
采用一只光敏三极管的光耦合器，CTR的范围大多为20%～300%（如4N35），而PC817则为80%～160%，达林顿型光耦合器（如4N30）可达100%～5000%。这表明欲获得同样的输出电流，后者只需较小的输入电流。

线性光耦的选择原则
在设计光耦反馈式开关电源时必须正确选择线性光耦合器的型号及参数，选取原则如下：
①光耦合器的电流传输比(CTR)的允许范围是50%～200%。这是因为当CTR＜50%时，光耦中的LED就需要较大的工作电流 (IF＞5.0mA)，才能正常控制单片开关电源IC的占空比，这会增大光耦的功耗。若CTR＞200%，在启动电路或者当负载发生突变时，有可能将单片开关电源误触发，影响正常输出。
②推荐采用线性光耦合器，其特点是CTR值能够在一定范围内做线性调整。
③由英国埃索柯姆(Isocom)公司、美国摩托罗拉公司生产的4N××系列(如4N25 、4N26、4N35)光耦合器，目前在国内应用地十分普遍。鉴于此类光耦合器呈现开关特性，其线性度差，适宜传输数字信号(高、低电平)，因此不推荐用在开关电源中。

光耦的使用
光耦一般作为隔离使用，输出端的电压进行一定比例的放大或缩小。输入端的发光二极管限定的电压在1~2V，这就限定了输入端的电流，一般情况下需要串流电阻R1来分压。输出端RL是个纯粹的上拉电阻，只要和输出端的设备匹配并不会使光耦输出三极管电流过大即可，一般1K-100K都可以，具体选多少，要看另一段的设备需要多少电流。