在之前的文章中曾經(jīng)談到過ISOCOM光耦，大致介紹了光耦的分類和主要應用市場。本篇文章將聚焦于光耦的應用分類和選擇。

之前的文章也提及，光耦的應用市場比較廣泛，具體到電子產(chǎn)品的電路實現(xiàn)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(shù)字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大，以及接口電路的實現(xiàn)：固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設備及微機接口，光耦的表現(xiàn)都足夠出色。光耦合器傳輸?shù)男盘柨梢詾?a target="_blank">數(shù)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(shù)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(shù)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(fā)電路上，光電耦合器用于雙穩(wěn)態(tài)輸出電路，由于可以把發(fā)光二極管分別串入兩管發(fā)射極回路，可有效的解決輸出與負載隔離的問題?？梢允褂萌龢O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(shù)字信號輸入回路。結構最為簡單，輸入側由一只發(fā)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(shù)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(yōu)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(chǎn)業(yè)發(fā)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(shù)；受絕緣要求限制）、LED上的突破（開發(fā)活化層在下、向下發(fā)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(nèi)。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(fā)光管采用了延遲效應低微的新型發(fā)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(shù)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(yōu)點。具備強穩(wěn)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(wěn)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(shù)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(wǎng)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(huán)路干擾。在開關電源中，一方面光耦可以起到隔離兩個系統(tǒng)地線的作用，使兩個系統(tǒng)的電源相互獨立，消除地電位不同所產(chǎn)生的影響。另一方面，光耦的發(fā)光二極管是電流驅動器件，可以形成電流環(huán)路的傳送形式，電流環(huán)路是低阻抗電路，對噪音的敏感低，提高了系統(tǒng)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(chǎn)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(tài)，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(chǎn)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(chǎn)生電流。由于電路的不平衡性，每根導線上的電流不同，會產(chǎn)生差模電壓，對電路造成影響，稱為地環(huán)路干擾?；蛘?，地環(huán)路中的電流還可以由電磁場感應出來。從地環(huán)路干擾的機理可知，如果能徹底消除地環(huán)路中的電流，則可以徹底解決地環(huán)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(huán)路干擾的方案之一。用光實現(xiàn)信號的傳輸是一種可靠切斷地環(huán)路的方法是解決地環(huán)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良好的隔離，同時安裝、維護、成本等方面都比較優(yōu)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?shù)男盘枮橹绷鞣答佇盘枙r，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(fā)光二極管和光敏三極管組成，當發(fā)光二極管接通發(fā)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(fā)光二極管導通，如果輸入信號太小，發(fā)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(jié)控制端電流來改變占空比，達到精密穩(wěn)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。

在光耦電路設計中，需要重視光耦幾個參數(shù)，分別是反向電壓、電流傳輸比CTR，此外還有正向工作電壓Vf、集電極電流Ic、C-E飽和電壓、上升/下降時間Tr /Tf。

反向電壓Vr(Reverse Voltage)，是指原邊發(fā)光二極管所能承受的最大反向電壓，超過此反向電壓，可能會損壞LED。而一般光耦中，這個參數(shù)只有5V左右。在存在反壓或振蕩的條件下使用時，要特別注意不要超過反向電壓并提供保護電路。

電流傳輸比(current transfer ratio CTR)，是指在直流工作條件下，光耦的輸出電流與輸入電流之間的比值。光耦的CTR類似于三極管的電流放大倍數(shù)，它取決于光耦的輸入電流和輸出電流值及電耦的電源電壓值，這幾個參數(shù)共同決定了光耦工作在放大狀態(tài)還是開關狀態(tài)，其計算方法與三極管工作狀態(tài)計算方法類似。若輸入電流、輸出電流、電流傳輸比設計搭配不合理，可能導致電路不能工作在預想的工作狀態(tài)。原邊輸入信號 Vin，施加到原邊的發(fā)光二極管和 Ri 上產(chǎn)生光耦的輸入電流 If，If 驅動發(fā)光二極管，使得副邊的光敏三極管導通，回路VCC、RL 產(chǎn)生 Ic,Ic 經(jīng)過 R L 產(chǎn)生 Vout，達到傳遞信號的目的。原邊副邊直接的驅動關聯(lián)是CTR（電流傳輸比），要滿足 Ic≤If*CTR。

正向工作電壓Vf，Vf是指在給定的工作電流下，LED本身的壓降。

集電極電流Ic，光敏三極管集電極所流過的電流，表示其最大值。

C-E飽和電壓Vce，光敏三極管的集電極-發(fā)射極飽和壓降。

上升時間Tr 與下降時間Tf，反映了工作在開關狀態(tài)的光耦，其開關速度情況。前文提到的高速光耦選型主要體現(xiàn)于此。高速光耦結構=光敏二極管+放大驅動電路，普通光耦=光敏三極管+放大驅動電路。光敏二極管的響應速度是納秒級，光敏三極管的響應速度是微秒級，故使用時主要看這兩個參數(shù)是否滿足應用需求。此外，不同的電路設計也會導致上升時間時間的不同，主要與光敏三極管的主要參數(shù)相關，對于此類問題需要專題討論。

根據(jù)以上參數(shù)，選擇光耦的核心步驟是：

1) 根據(jù)副邊所需的負載，確定Ic；

2) 根據(jù)光耦的CTR的下限，估算原邊所需的最小If；

3) 根據(jù)規(guī)格書給出的曲線圖，綜合溫度、壽命、線性度等因素，估算實際電路CTR；

4) 根據(jù)分壓和歐姆定律計算限流電阻；

5) 根據(jù)Ton/Toff 初步計算最高工作頻率，再綜合溫度、IF、IC估算實際需要。

ISOCOM是一家領先的高性能紅外光電子器件制造商，專門從事光耦合器和光電開關的研發(fā)，ISOCOM提供一個完整而全面的光耦合器系列，便于選擇各類應用場景需要的光耦。

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