光耦在电路中的几种常见应用
网络整理 2021-04-07

光耦(光耦合器)是70年代发展起来产新型器件,现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离 、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中,利用线性光耦合器可构 成光耦反馈电路,通过调节控制端电流来改变占空比,达到精密稳压目的。光耦合器的主要优点是:信号单向传输,输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离,输出信号对输入端无影响,抗干扰能力强,工作稳定,无触点,使用寿命长,传 输效率高。

光耦的作用

(1) 在逻辑电路上的应用

光电耦合器可以构成各种逻辑电路,由于光电耦合器的抗干扰性能和隔离性能比晶体管好,因此,由它构成的逻辑电路更可靠。

(2) 作为固体开关应用

在开关电路中,往往要求控制电路和开关之间要有很好的电隔离,对于一般的电子开关来说是很难做到的,但用光电耦合器却很容易实现。

(3) 在触发电路上的应用

将光电耦合器用于双稳态输出电路,由于可以把发光二极管分别串入两管发射极回路,可有效地解决输出与负载隔离地问题。

(4) 在脉冲放大电路中的应用

光电耦合器应用于数字电路,可以将脉冲信号进行放大。

(5) 在线性电路上的应用

线性光电耦合器应用于线性电路中,具有较高地线性度以及优良地电隔离性能。

(6) 特殊场合的应用

光电耦合器还可应用于高压控制,取代变压器,代替触点继电器以及用于A/D电路等多种场合。

线性光耦合器的选取原则

在设计光耦反馈式开关电源时必须正确选择线性光耦合器的型号及参数,选取原则如下:

①光耦合器的电流传输比(CTR)的允许范围是50%~200%。这是因为当CTR<50%时,光耦中的LED就需要较大的工作电流 (IF>5.0mA),才能正常控制单片开关电源IC的占空比,这会增大光耦的功耗。若CTR>200%,在启动电路或者当负载发生突变时,有可能将单片开关电源误触发,影响正常输出。

②推荐采用线性光耦合器,其特点是CTR值能够在一定范围内做线性调整。

③由英国埃索柯姆(Isocom)公司、美国摩托罗拉公司生产的4N&TImes;&TImes;系列(如4N25 、4N26、4N35)光耦合器,目前在国内应用地十分普遍。鉴于此类光耦合器呈现开关特性,其线性度差,适宜传输数字信号(高、低电平),因此不推荐用在开关电源中。

学习笔记:光耦的主要作用就是隔离作用,如信号隔离或光电的隔离。隔离能起到保护的作用,如一边是微处理器控制电路,另一边是高电压执行端,如市电启动的 电机,电灯等等,就可以用光耦隔离开。当两个不同的型号的光耦只有负载电流不同时,可以用大的负载电流的光耦代替小负载电流的光耦。

以六脚光耦TLP641J为例,说明其原理。

光耦的作用及原理

一个光控晶闸管(photo-thyristor)耦合(couple to)一个砷化镓(gallium arsenide)红外发光二极管(diode)组成。左边1和2脚是发光二极管,当外加电压后,驱动发光二极管(LED),使之发出一定波长的光,以此 来触发光控晶闸管。光控晶闸管的特点是门极区集成了一个光电二极管,触发信号源与主回路绝缘,它的关键是触发灵敏度要高。光控晶闸管控制极的触发电流由器 件中光生载流子提。光控晶闸管阳极和阴极间加正压,门极区若用一定波长的光照射,则光控晶闸管由断态转入通态。为提高光控晶闸管触发灵敏度,门极区常采用 放大门极结构或双重放大门极结构。为满足高的重加电压上升率,常采用阴极发射极短路结构。小功率光控晶闸管常应用于电隔离,为较大的晶闸管提供控制极触 发;也可用于继电器、自动控制等方面。大功率光控晶闸管主要用于高压直流输电。

当1和2脚加上5V以上电源后,就能使发光管发光,驱动光控晶闸管进入通态,此时,5和4脚构成一个电阻,阻值大约为10K。当1和2不加电压时,则4和5可以看成一个无穷大的电阻。

pc817是常用的线性光藕,在各种要求比较精密的功能电路中常常被当作耦合器件,具有上下级电路完全隔离的作用,相互不产生影响。

光耦的作用及原理

<光耦pc817应用电路图>

当输入端加电信号时,发光器发出光线,照射在受光器上,受光器接受光线后导通,产生光电流从输出端输出,从而实现了“电-光-电”的转换。

普通光电耦合器只能传输数字信号(开关信号),不适合传输模拟信号。线性光电耦合器是一种新型的光电隔离器件,能够传输连续变化的模拟电压或电流信号,这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号,从而使光敏晶体管的导通程度也不同,输出的电压或电流也随之不同。

PC817光电耦合器不但可以起到反馈作用还可以起到隔离作用。

光耦的作用及原理

应用电路

光耦控制继电器电路

光耦的作用及原理

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