光耦的工作原理

1、光耦的工作原理耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器 一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。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。這就完成了電一光一電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良 好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元 件，因而具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作

2、為終端隔離元件可 以大大提高信噪比。在計算機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以 大大增加計算機工作的可靠性。光耦的優(yōu)點光耦合器的主要優(yōu)點是：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離， 輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定，無觸點，使用壽命長，傳輸效 率高。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)備及微機接口中。在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控

3、制端電流來改變占空比，達到精密穩(wěn)壓目的。光耦的種類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。非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合于開關(guān)信號的傳輸， 不適合于傳輸模擬量。常用的4N系列光耦屬于非線性光耦。線性光耦的電流傳輸特性曲線接近直線，并且小信號時性能較好，能以線性特性 進行隔離控制。常用的線性光耦是 PC817A C系列。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，嚴重時出現(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 調(diào)制。由此產(chǎn)生的后果是對彩電，彩顯，VCD，DCD等等，將在圖像畫面上產(chǎn)生干擾。同時電源帶負載

4、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 PC817A-C 。PC111 TLP521等常用的六腳線性光耦有：LP632 TLP532 PC614 PC714 PS2031 等。 常用的 4N25 4N26 4N35 4N36是不適合用于開關(guān)電源中的，因為這4種光耦均屬于非線性光耦。光耦的作用由于光耦種類繁多，結(jié)構(gòu)獨特，優(yōu)點突出，因而其應(yīng)用十分廣泛，主要應(yīng)用以下 場合：(1) 在邏輯電路上的應(yīng)用光電耦合器可以構(gòu)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(gòu)成的邏輯電路更可靠。(2) 作為固體開關(guān)應(yīng)用在開關(guān)電

5、路中，往往要求控制電路和開關(guān)之間要有很好的電隔離，對于一般的電 子開關(guān)來說是很難做到的，但用光電耦合器卻很容易實現(xiàn)。(3) 在觸發(fā)電路上的應(yīng)用將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，可有效地解決輸出與負載隔離地問題。(4) 在脈沖放大電路中的應(yīng)用光電耦合器應(yīng)用于數(shù)字電路，可以將脈沖信號進行放大。(5) 在線性電路上的應(yīng)用線性光電耦合器應(yīng)用于線性電路中，具有較高地線性度以及優(yōu)良地電隔離性能。(6) 特殊場合的應(yīng)用光電耦合器還可應(yīng)用于高壓控制，取代變壓器，代替觸點繼電器以及用于A/D電路等多種場合。線性光耦合器的選取原則在設(shè)計光耦反饋式開關(guān)電源時必須正確選擇線性

6、光耦合器的型號及參數(shù)，選取原則如下： 光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許范圍是 50%200%。這是因為當 CTRV 50%時，光耦中的LED就需要較大的工作電流(IF > 5.0mA)，才能正?？刂茊纹_關(guān)電源IC的占空比，這會增大光耦的功耗。若CTR > 200%，在啟動電路或者當負載發(fā)生突變時，有可能將單片開關(guān)電源誤觸發(fā)，影響正常輸出。 推薦采用線性光耦合器，其特點是CTR值能夠在一定范圍內(nèi)做線性調(diào)整。 由英國埃索柯姆(Isocom)公司、美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的4NX X系列(如4N25、4N26、4N35)光耦合器，目前在國內(nèi)應(yīng)用地十分普遍。鑒于此類光耦合器呈現(xiàn) 開關(guān)特性

7、，其線性度差，適宜傳輸數(shù)字信號(高、低電平)，因此不推薦用在開關(guān)電源中。3線性光耦合器應(yīng)用舉例多路輸出式電源變換器電路如圖3所示。其輸入電壓為 36V到90V的準方波電壓，三路輸出分別為：UO1 =+ 5V(2A) , UO2 =+ 15V(0.17A) , UO3 =- 15V(0.17A)?，F(xiàn)將UO1定為主輸出，其電壓調(diào)整率SV = ±0.4% ; UO2和UO3為輔輸出，總電源效率可達 75%80%。電路中采用一片TOP104Y 型三端單片開關(guān)電源集成電路。主輸出繞組電壓經(jīng)過VD2、C2、L1和C3整流濾波后，得到+5V電壓。VD2采用MBR735型35V / 7.5A肖特基二

8、極管 。兩個輔輸出繞組及輸出電路完全呈對稱結(jié)構(gòu)。因為±15V輸出電流較小，故整流管VD4和VD5均采用UF4002型100V / 1A的超快恢復(fù)二極管。由線性光耦CNY17-2和可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431C構(gòu)成光耦反饋式精密開關(guān)電源，可以對+ 5V電壓進行精密調(diào)整。反饋繞組電壓通過VD3、C4整流濾波后，得到12V反饋電壓。由P6KE120型瞬態(tài)電壓抑制器和UF4002型超快恢復(fù)二極管構(gòu)成的漏極鉗位保護電路，能吸收由高頻變壓器漏感形成的尖峰電壓，保護芯 片內(nèi)部的功率場效應(yīng)管MOSFET不受損壞。外部誤差放大器由TL431C 組成。當+5V輸出電壓升高時，經(jīng)R3、R4分壓后得到的取

9、樣電壓，就與TL431C 中的2.5V帶隙基準電壓進行比較，使其陰極電位降低，LED的工作電流IF增大，再通過線性光耦I(lǐng)C2 （ CNY17-2 ）使控制端電流 IC增大，TOP104Y 的輸出占空比減小，使UO1維持不變，達到穩(wěn)壓目的。+5V穩(wěn)壓值UO1則由TL431C、光耦中的 LED正向壓降來設(shè)定。R1是LED的限流電阻。誤差放大器的頻率響應(yīng)由C5、R2和C6來決定。C5的作用有三個：濾除控制端上的尖峰電壓；決定自動重啟動頻率；與R2 一起對控制回路進行補償。光耦簡介及常見型號光電耦合器（簡稱光耦）是開關(guān)電源電路中常用的器件。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

10、的4N系列光耦屬于非線性光耦 常用的線性光耦是PC817 C系列。 非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合于弄開關(guān)信號的傳 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直線，并且小信號時性能較好，能以線性特性進行隔離控制。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，嚴重時出現(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 為號調(diào)制。由此產(chǎn)生的后果是對彩電，彩顯，VCD DCD等等，將在圖像畫面上產(chǎn)生干擾。同時電源帶負載能力下降。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PC817A-

11、C。PC111 TLP521等常用的六腳線性光耦有： TLP632 TLP532 PC614 PC714 PS2031等。常用的4N25 4N26 4N35 4N36是不適合用于開關(guān)電源中的，因為這 4種光耦均屬 于非線性光耦。經(jīng)查大量資料后，以下是目前市場上常見的高速光藕型號：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

12、bit/S: 6N137 PS9614 PS9714 PS9611 PS9715 HCPL-2601 HCPL-2611 HCPL-2630（雙路）、HCP2631 （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 VCE 有關(guān)，即集電極和發(fā)射極之間的電壓?？煽毓栊凸怦钸€有一種光耦是可控硅型光耦。例如：moc3063 IL420 ；它們的主要指標是負載能力；例如：moc3063的負載能力是100mA IL420是300mA光耦的部分型號型號規(guī)格性能說明4N25晶體管輸出4N25MC晶體管輸出4N26晶體管輸出4N27晶體管輸出4N28晶體管輸出4N29達林頓輸出4N30達林頓輸出4N31達林頓輸出4N32達林頓輸出4N33達林頓輸出4N33MC達林頓輸出4N35達林頓輸出4N36晶體管輸出4N37晶體管輸出4N38晶體管輸出4N39可控硅輸出6N135高速光耦晶體管輸出6N136高速光耦晶體管輸出6N137高速光耦晶體管輸出6N138達林頓輸出6N139達林頓輸出MOC3020可控硅驅(qū)動輸出MOC3021可控硅驅(qū)動輸出MOC302