【元器件】4.光耦

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0前言

1.光耦是什么？

定义：光耦，又叫光耦合器（optical coupler equipment，英文缩写OCEP/OC），亦称光电耦合器或光电隔离器。
分类：

线性关系:

• 线性
• 非线性

速度:

• 普通：响应时间us级
• 高速：响应时间ns级；如：6N136、6N137能达到1MBit/s。

电压:

• 低压：5-15V
• 高压：大于30V；

隔离电压：

• 宽度能决定电气间隙和爬电距离，一般来说，越宽越好。TLP385，宽8mm，隔离电压达到5000V的交流有限值。

2.光耦的原理

• 光耦是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管或光敏电阻）封装在同一个管壳内。
  
• 当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接收光线之后就产生电流，从输出端流出，从而实现“电—光—电”控制。
  
• 主要用于通信和控制时传输信号的隔离。

3.光耦的使用

3.1作用

• 1.光耦在传输信号的能有效地抑制尖脉冲和各种杂波干扰
• 2.信号单向传输,输入端与输出端完全实现了电气隔离,输出信号对输入端无影响,抗干扰能力强
• 3.进入到光耦输入端的杂波电压比较小,只能形成很微弱的电流,没有足够的能量使二极管发光,从而不会影响输出
• 4.光耦的输入回路与输出回路之间没有电气联接,也没有共地；之间的分布电容极小。而绝缘电阻又很大。因此回路一边的各种干抗杂波都很难通过光耦传送到另一边去,避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生
• 5.光耦起到很好的安全保护作用,即使当外部设备出现故障,或者输入信号线短接时,也不会影另一设备，同时光的输入回路和输出回路之间可以承受几干伏的高压
• 6.光耦的响应速度极快,其响应延迟时间在us级,更快的有ns级。

3.2参数

• VF：输入端压降
• IF：输入电流
• IO：输出端最大电流
• VCC：供电电压（有些有）
• VCE：输出端加的最大电压
• RT：上升沿时间
• RF：下降沿时间
• CTR：电流传输比，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

3.3工作条件

以TLP521例。参考手册，可以得知其推荐的工作条件。

其中IF是指LED的工作电流，IC是光敏三极管的集电极电流，VCC是光敏三极管的电源电压。

24V / 1500R = 16mA , 5V / 5000R = 1mA，IF和IC满足推荐的工作条件。

3.4传输速率

由上图所示，在VCC=5V，RL=1.9K，IF=16mA时，TLP521的传输速率=2us+15us+25us=42us=23.8KHz。

也就是说，光耦的传输速率取决到工作条件和负载。需要参考图表。

虽然可以由图表得知光耦的传输速率，但是推荐用信号发生器和示波器测出来，这样能观察到波形是否正常。

3.5隔离参数

由上图所示，LED和光敏三极管之间存在寄生电容，在Vs=0,f=1MHz测得为0.8pF，Vs为LED和光敏三极管之间的电压，f为LED的通断频率。
在湿度低于60%时，Vs=500V，LED和光敏三极管之间的隔离电阻为10的11次方Ω。
隔离电压：交流有效值为2500V能隔离1分钟。

3.6保护

如上图所示，LED的反向击穿电压VR=5V。

如上图所示，在LED两端并联一个TVS管，既可以防止负压过来，导致LED反向击穿，又可以防止高压进来，导致正向电流过大。但是在高速传输时，需要考虑TVS管的结电容。

3.7电流传输比

3.8layout

光耦底部不走线，不铺铜，这样可以达到最佳的隔离效果。

参考文章链接: 光耦