原创 哪种类型的光隔离器适合您的信号？

光隔离器是一种电子设备，可用于在二极管之间传递信息而不通过电流。由于无需在光隔离器电路中的输入和输出之间直接传递电压或电流，因此这些元件可用于在PCB的两个区域中提供电气隔离。光隔离器充当保护机制，确保有害电流不会流过设备。

简单来说，光隔离器的工作原理是获取输入电信号并使用发光二极管将其转换为光信号，通常在近红外光谱中工作。然后，在同一器件中，光电二极管、光电晶体管或光电达林顿晶体管等光敏器件将光信号转换回电信号。这为输入端出现的任何电压瞬变或过电压电平提供了屏障，使其不会影响光隔离器输出端的电路。组件密封在不透明的封装中，以防止外部光线的干扰。

有许多不同类型的光隔离器电路广泛用于通信、控制和监控系统，在这些系统中，数据信号可能为有害电压提供进入点以损坏设备。当易受感应电压瞬变或接地层浪涌影响的长数据电缆进入包含敏感半导体元件的电子设备时，它们特别有用。

值得一提的是，光耦合器和光隔离器这两个术语通常可以互换使用;然而，通常的惯例是光耦合器是可以隔离高达约5000V电压的器件，而光隔离器是可以隔离超过5000V电压的器件。如果您看到此约定的例外情况，请不要感到惊讶。光隔离器的速度也不同，固态继电器等快速光隔离器在数据传输方面将优于二极管光隔离器等产品。如有疑问，请查看数据手册。下图显示了光隔离器或光耦合器的典型电路图，输入在左侧，输出在右侧。

目前，我们想专注于不同类型的光隔离器。选择光隔离器时，需要考虑的关键参数是隔离电压、带宽、线性度、电流传输比和功率要求。

隔离电压是LED和光传感器之间可能存在的最大额定电压差。该隔离电压由光隔离器器件本身的结构和器件外部因素决定。当器件光源元件处的电压电弧穿过光传感器元件时，将发生内部击穿。同样，当器件输入引脚上的电压电弧穿过输出引脚时，也会发生外部击穿。这受到PCB设计的影响，PCB设计是输入和输出的走线的布线和分离方式以及器件周围的环境条件。发生电弧的电压将取决于温度、湿度、分离距离、压力和空气污染物的存在。距离和湿度是最重要的因素。典型的现成光隔离器可以承受高达10 kV的输入至输出电压差和约25 kV/μs的电压瞬变。

电流传输比（CTR）是LED和传感器电流之间的比值，有效地获得器件并反映其效率。具有低CTR的光隔离器需要更多的电流来驱动LED，从而在光电晶体管上为特定输出负载产生足够的电流。

CTR不是恒定的，而是取决于进入元件的输入电流。CTR 也会因每个组件、其温度和组件的使用年限而异，因此选择一款能够在光隔离器将使用的设备的最大额定温度和最长工作寿命下提供所需 CTR 的器件至关重要。组件的制造公差可能导致同一批次组件内的CTR范围很广，因此设计必须基于数据手册中规定的最小CTR。所有这些因素都会使最佳设备的选择变得棘手。如有疑问，请添加健康的误差范围，并使用最坏情况的元件值仿真电路，以确保电路正常工作。

要记住的最后一个因素是光隔离器电路本身的功率要求以及组件因损耗而产生的热量的管理。基本组件可能效率相对较低，并且会产生必须适当处理的大量热能水平，特别是当光隔离器本身的性能将受到加热效应的不利影响时。在设计电路布局时，请记住将光隔离器电路的输入走线与所有其他走线（尤其是接地层和电源层）适当分开，以防止走线之间的瞬变进行容性或电感耦合。

光隔离器通常使用近红外LED将电输入信号转换为等效光信号。光包含在封闭的光隔离通道（也称为介电通道）中。光隔离通道末端的光敏器件可以直接从接收到的光产生电信号，或者使用接收到的光来调制从外部电源流出的电流。光敏器件可以是光敏电阻、光电二极管、光电晶体管、可控硅整流器 （SCR） 或三端双向可控硅。由于光敏电阻既可以用作光源，也可以用作光敏器件，因此可以使用两个光敏电阻形成双向光隔离器，光隔离通道的两端各一个。性能和效率问题限制了双向光隔离器的可用性和应用。等效电路可以使用两个反向配置的单向光隔离器来实现，但代价是需要更多分立元件和更大的尺寸。

四种类型的光隔离器组件（从左到右）：施密特缓冲器、三端双向可控硅、光电晶体管和SCR。这些设备也可以在多个通道中进行配置。

光隔离器的物理布局主要取决于所需的隔离电压。额定电压低于几 kV 的设备通常具有平面结构。传感器芯片覆盖有一块玻璃或透明塑料，上面是LED芯片。传感器的吸收光谱将与LED的输出光谱相匹配。光隔离通道的厚度决定了器件的额定击穿电压。额定击穿电压较高的器件通常采用硅胶圆顶结构。LED和传感器芯片放置在封装的另一侧，由透明硅胶圆顶形成的间隙隔开。圆顶的形状可以尽可能多地将光从LED引导到传感器。

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光敏电阻是用于直流和交流电路的非极性器件。它们通过改变其电阻与接收到的光能强度成反比来工作

光电二极管当光能落在光电二极管上时，会产生与接收到的光能强度成比例的电荷。这种小电荷可用于驱动高阻抗负载，并且光电二极管在光伏模式下工作。

光电晶体管本质上比光电二极管慢，必须正确偏置和加载才能达到数十kHz的速度。然而，它们的集电极开路输出意味着它们具有能够产生更大输出电流并且更灵敏的优点。

光硅可控硅整流器（SCR）光隔离器是一种基于晶闸管的隔离器，专为交流功率控制应用而设计。它们也称为光电 SCR，可完全隔离交流电源线上存在的噪声和电压瞬变。

光三端双向可控硅（交流电三极管）光隔离器与光电SCR一样，经过优化，可用于固态继电器应用，以控制交流电供电的负载。

光电MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）继电器是一种不太常见的光隔离器类型，设计用于在环境挑战条件下需要高可靠性和长寿命的快速开关应用。

在选择光隔离器类型时，不要只选择适合您预算且您最喜欢的供应商有库存的任何设备。光隔离器有多种不同类型的光隔离器，针对特定应用进行了优化。通过考虑关键因素开始选择过程