小小的光耦，滿滿的干貨！

圖 1?光電耦合器的原理、封裝、3D示意圖

下圖 2 是SOP-4封裝光耦的內(nèi)部示意圖，左側(cè)是發(fā)光二極管構(gòu)成的信號(hào)輸入部分，一般會(huì)是紅外線的發(fā)光二極管。中間部分是封閉式的光通道（也稱(chēng)為電介質(zhì)通道）。右側(cè)主要為信號(hào)接收輸出部分，一般為光敏電阻、光電二極管、光晶體管、可控硅整流器或雙向晶閘管。

圖 2?SOP-4封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

• 輸入和輸出端之間絕緣，其絕緣電阻一般都大于10000MΩ，耐壓一般可超過(guò)1kV，有的甚至可以達(dá)到10kV以上；

• 由于光接收器只能接受光源的信息，反之不能，所以信號(hào)從光源單向傳輸?shù)焦饨邮掌鲿r(shí)不會(huì)出現(xiàn)反饋現(xiàn)象，其輸出信號(hào)也不會(huì)影響輸入端；

• 由于發(fā)光器件（砷化鎵紅外二極管）是阻抗電流驅(qū)動(dòng)性器件，而噪音是一種高內(nèi)阻微電流電壓信號(hào)。因此光電耦合器件的共模抑制比很大，所以，光電耦合器件可以很好地抑制干擾并消除噪音；

• 容易和邏輯電路配合；

• 響應(yīng)速度快。光電耦合器件的時(shí)間常數(shù)通常在毫秒甚至微秒級(jí)；

• 無(wú)觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)、體積小、耐沖擊。

5、種類(lèi)

圖 4?主要種類(lèi)(來(lái)自維基百科)

6、關(guān)鍵電氣參數(shù)

a、輸入特性?

光耦合器的輸入特性實(shí)際也就是其內(nèi)部發(fā)光二極管的特性。常見(jiàn)的參數(shù)有：

• 正向工作電壓Vf（Forward Voltage）

? ? ? ? Vf是指在給定的工作電流下，LED本身的壓降。常見(jiàn)的小功率LED通常以? ? ? ? ? ? ? ? ? If=20mA ?? ? 來(lái)測(cè)試正向工作電壓，當(dāng)然不同的LED，測(cè)試條件和測(cè)試結(jié)果也? ? ? ? ? ?會(huì)不一樣。

• 反向電壓Vr（Reverse Voltage ）

? ? ? ?Vr指LED所能承受的最大反向電壓，超過(guò)此反向電壓，可能會(huì)損壞LED。在使? ? ? ? ? ?用交流脈沖驅(qū)動(dòng)LED時(shí)，要特別注意不要超過(guò)反向電壓。

• 反向電流Ir（Reverse Current）

? ? ? ?通常指在最大反向電壓情況下，流過(guò)LED的反向電流。

• 允許功耗Pd（Maximum Power Dissipation）

? ? ? ?LED所能承受的最大功耗值。超過(guò)此功耗，可能會(huì)損壞LED。

• 中心波長(zhǎng)λp（Peak Wave Length）

? ? ? ?λp指LED所發(fā)出光的中心波長(zhǎng)值。波長(zhǎng)直接決定光的顏色，對(duì)于雙色或多色? ? ? ? ? ? ? ?LED，會(huì)有幾個(gè)不同的中心波長(zhǎng)值。

• 正向工作電流If（Forward Current）

? ? ? ? If是指LED正常發(fā)光時(shí)所流過(guò)的正向電流值。不同的LED，其允許流過(guò)的最大電? ? ? ? ? 流也會(huì)不一樣。

• 正向脈沖工作電流Ifp（Peak Forward Current）

? ? ? ? Ifp是指流過(guò) LED的正向脈沖電流值。為保證壽命，通常會(huì)采用脈沖形式來(lái)驅(qū)動(dòng)? ? ? ? ? LED，通常LED規(guī)格書(shū)中給的Ifp是以0.1ms脈沖寬度,占空比為1/10的脈沖電? ? ? ? ? 流來(lái)計(jì)算的。

b、輸出特性

? ? ?光耦合器的輸出特性實(shí)際也就是其內(nèi)部光敏三極管的特性，與普通的三極管類(lèi)? ? ? ? ? ?似。常見(jiàn)的參數(shù)有：

• 集電極電流Ic（Collector Current）

? ? ? ? 光敏三極管集電極所流過(guò)的電流，通常表示其最大值。

• 集電極-發(fā)射極電壓Vceo（C-E Voltage）

? ? ? ? 集電極-發(fā)射極所能承受的電壓。

• ?發(fā)射極-集電極電壓Veco（E-C Voltage）

? ? ? ? ?發(fā)射極-集電極所能承受的電壓

• 反向截止電流Iceo

• C-E飽和電壓Vce(sat)（C-E Saturation Voltage）

c、傳輸特性：

• 電流傳輸比CTR（Current Transfer Radio）

• 上升時(shí)間Tr （Rise Time）& 下降時(shí)間Tf（Fall Time）

其它參數(shù)諸如工作溫度、耗散功率等不再一一敷述。

d、隔離特性

• 入出間隔離電壓Vio（Isolation Voltage）

? ? ? ? 光耦合器輸入端和輸出端之間絕緣耐壓值。

• 入出間隔離電容Cio（Isolation Capacitance）：

? ? ? ? 光耦合器件輸入端和輸出端之間的電容值

• 入出間隔離電阻Rio：（Isolation Resistance）

7、典型應(yīng)用

光耦的應(yīng)用場(chǎng)景有很多，這部分只挑選其中的一些來(lái)做說(shuō)明。

• 電平轉(zhuǎn)換

  光耦經(jīng)常用在電平轉(zhuǎn)換電路中，通常我們的單片機(jī)系統(tǒng)是3.3V或者5V電壓供電，當(dāng)需要控制其他不同的電平電路時(shí)，可以用光耦實(shí)現(xiàn)。如下圖 5，當(dāng)5V單片機(jī)系統(tǒng)輸出高低電平時(shí)，分別控制右半部分12V電路的導(dǎo)通與關(guān)斷。
  

  圖?5 電平轉(zhuǎn)換電路
  

• 電氣隔離

  光耦常用于開(kāi)關(guān)電源的強(qiáng)電與弱電的電氣隔離中。

  如下圖 6 所示的關(guān)電源電路，開(kāi)關(guān)電源220V電輸入，經(jīng)整流橋和電容濾波后，得到300V左右的高壓直流電，高壓直流電經(jīng)過(guò)電源管理芯片智能調(diào)節(jié)占空比加到變壓器初級(jí)線圈，這樣在變壓器次級(jí)線圈上得到較低電壓的交流電，經(jīng)過(guò)整流濾波后得到所需的直流電。

  圖?6?開(kāi)關(guān)電源電路圖

  如上通過(guò)變壓器隔離了高壓和低壓部分，但電源管理芯片還需要一個(gè)輸出端反饋信號(hào)用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸出端電壓的高低，以便動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓在恒定的范圍內(nèi)。

  圖 7 光耦反饋信號(hào)

  那么低壓區(qū)的反饋信號(hào)如何才能安全的傳遞到高壓區(qū)的電源管理芯片呢？這里就用到了光耦。如圖 7 光耦先把低壓區(qū)的電壓高低轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，光信號(hào)投射到光耦高壓端的光敏三極管上，光敏三極管再把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，進(jìn)而傳遞給電源管理芯片。當(dāng)輸出電壓上升時(shí)，光耦內(nèi)發(fā)光二極管電流增大，亮度升高，光耦的另一端通過(guò)三極管的電流也相應(yīng)增大；當(dāng)輸出電壓下降時(shí)，光耦內(nèi)發(fā)光二極管電流減小，亮度降低，光耦的另一端通過(guò)三極管的電流也相應(yīng)減小。開(kāi)關(guān)電源中一般要求光耦兩端的電流成比例的線性變化，從而為電源管理芯片提供精確的反饋信號(hào)。

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