光耦的實際應用及選型指南！

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2023-04-11 07:19:17 868

光耦的應用市場比較廣泛，具體到電子產品的電路實現功能：電氣絕緣、電平轉換、級間耦合、驅動電路、開關電路，以及電路信號處理：斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離、脈沖放大電路、數字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大，以及接口電路的實現：固態繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設備及微機接口，光耦的表現都足夠*。光耦合器傳輸的信號可以為數字信號，也可以為模擬信號，用于模擬信號或直流信號傳輸時，應采用線性光耦以減小失真，而傳輸數字開關信號時，對其線性度的要求不太嚴格。對器件要求不同，故選擇時應針對輸入信號選擇相應的光電耦合器。

　　在數字邏輯電路中，光電耦合器可以構成各種邏輯電路，由于光電耦合器的抗干擾性能和隔離性能比晶體管好，因此，由它構成的邏輯電路更可靠。在觸發電路上，光電耦合器用于雙穩態輸出電路，由于可以把發光二極管分別串入兩管發射極回路，可有效的解決輸出與負載隔離的問題。可以使用三極管型光電耦合器，常用于開關電源電路的輸出電壓采樣和誤差電壓放大電路，也應用于變頻器控制端子的數字信號輸入回路。結構最為簡單，輸入側由一只發光二極管，輸出側由一只光敏三極管構成，主要用于對開關量信號的隔離與傳輸。

　　在脈沖放大電路中，光電耦合器應用于數字電路，可以將脈沖信號進行放大。

　　在線性電路上，使用線性光電耦合器保障具有較高的線性度以及優良的電隔離性能。線性光電耦合器，在電路中主要用于對mV級微弱的模擬信號進行線性傳輸，往往用于輸出電流的采樣與放大處理、主回路直流電壓的采樣與放大處理。

　　在應用于高壓控制的繼電器場合，光耦可以取代變壓器，保證控制電路和開關之間要有很好的電隔離，代替觸點繼電器以及用于A/D電路等。

　　隨著產業發展，光耦的應用逐漸增多，同時對于光耦的要求逐步向著高集成度（通道數；受絕緣要求限制）、LED上的突破（開發活化層在下、向下發光的LED，從而減小體積）方面靠攏。比如在高頻開關電源的驅動信號應用中，對光耦的響應速度要求很高，故一般采用響應較快的高速型，延遲時間在500nS以內。此時需要使用頻率響應速度比三極管型光電耦合器大為提高的集成電路型光電耦合器，輸入側發光管采用了延遲效應低微的新型發光材料，輸出側為門電路和肖基特晶體管構成，使工作性能大為提高，在變頻器的故障檢測電路和開關電源電路中也有應用。

　　高速光耦具有可單向傳遞信息、通頻帶寬、寄生反饋小、消噪能力強、抗電磁干擾性能好等特點，因而無論在數字電路還是在模擬電路中均得到了越來越廣泛的應用，并且還具有有體積小、耦合密切、驅動功率小、動作速度快、工作溫度范圍寬等優點。具備強穩的抗噪聲能力、高彈性的供電電壓運作范圍以及多種小巧的封裝選擇，并具備高共模拒斥和短傳播延遲，提供強穩有效率的運作，可減少PCB板的空間；短傳播延遲，提供快速開關速度，進而降低停滯時間并提高移動的效率和精密度，響應速度到達ns量級，極大的拓展了光電耦合器在數字信號處理中的應用。

　　前文講到了各種不同功能的電路或者信號處理的場合應用光耦，用到不同類型的光耦有普通的線性光耦、三極管型光耦。大致地形容了光耦的用法和場景，光耦的應用場景極為豐富，僅僅以開關電源舉例，就能在其中找出不少例子。開關電源一般由兩部分組成，功率主回路和控制回路。變換器功率主回路往往與電網連接，電壓等級高；但輸出回路和控制回路多由低壓電子元器件組成。功率主回路與輸出－控制回路應該進行電氣隔離。

　　對于開關電源，抗干擾技術和隔離技術是至關重要的。

　　抗干擾技術主要是消除地線環路干擾。在開關電源中，一方面光耦可以起到隔離兩個系統地線的作用，使兩個系統的電源相互獨立，消除地電位不同所產生的影響。另一方面，光耦的發光二極管是電流驅動器件，可以形成電流環路的傳送形式，電流環路是低阻抗電路，對噪音的敏感低，提高了系統的抗干擾能力，起到了電磁兼容和隔離抗干擾的作用，不會因為電路中的高頻電流的電磁干擾對控制電路產生干擾。

　　把地線作為電路電位基準點的等電位體，是一種理想狀態，實際上地線信號流回源是低阻抗路徑。當一個電流通過有限阻抗時，就會產生電壓降，因此地線上的電位也是非恒定及均勻的。例如附近有大功率用電器啟動時，會在地線在中流過很強的電流，于是兩個設備的連接電纜上產生電流。由于電路的不平衡性，每根導線上的電流不同，會產生差模電壓，對電路造成影響，稱為地環路干擾。或者，地環路中的電流還可以由電磁場感應出來。從地環路干擾的機理可知，如果能徹底消除地環路中的電流，則可以徹底解決地環路干擾的問題。采用各種隔離器件的隔離方法就是解決地環路干擾的方案之一。用光實現信號的傳輸是一種可靠切斷地環路的方法是解決地環路干擾問題的最理想方法用光連接有兩種方法，光耦或者光纖。光耦的寄生電容一般為2pf，能夠在很高的頻率提供*的隔離，同時安裝、維護、成本等方面都比較優越，這也是光耦的一大應用場景。

　　隔離技術主要是控制信號傳輸。當所需要傳輸的信號為直流反饋信號時，信號對傳輸速度的要求很低，反饋精度是主要因素，選用線性光耦。它由發光二極管和光敏三極管組成，當發光二極管接通發光時，光敏三極管導通。光耦是電流驅動型，需要一定的電流才能使發光二極管導通，如果輸入信號太小，發光二極管不會導通，其輸出信號將失真。在開關電源中，利用線性光耦可構成光耦反饋電路，通過調節控制端電流來改變占空比，達到精密穩壓目的。當光耦應用于控制信號放大成為驅動主開關管的驅動信號除了控制電路要和變換器主電路的隔離要求，還因為開關電源的驅動控制信號通常頻率都非常高，所以這時最主要考慮的是其響應速度能否滿足要求，應采用高速光耦，選型就比較重要。

　　先進光半導體由南方先進聯合日本歸國華僑楊振林博士團隊合資成立，以南方先進為主要投資方、楊博士團隊為技術核心的一家專業從事光電器件、光耦合器、光耦繼電器等光電集成電路以及光電驅動等產品，研發團隊涵蓋設計、制造、銷售和服務的高新技術企業，先進光半導體擁有先進的光電器件全自動生產線，具有年產8000萬只光電光耦器件的生產能力。現階段先進光半導體的光耦繼電器、光耦合器等主要產品用于：蓄電系統．智能電表．自動檢測設備．電信設備．測量儀器．醫療設備．通信設備．PC端．安防監控．O/A設備．PLC控制器．I/O控制板等，依托于光半導體綜合的設計技術和芯片制造技術優勢，先進光半導體期望在有廣闊發展前景的光電控制領域深耕，逐步提升產品的技術附加值，擴充技術含量更高的產品線。

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