光耦合器应用指南：规格、用途与厂商

光耦合器应用指南：规格、用途与厂商

光耦合器是一种将输入电路和输出电路采用光学方式隔离开的电子元件。它利用一个发光二极管（LED）将电信号转换为光信号，再通过一个受光元件（如光电晶体管或硅光电二极管）将光信号转换回电信号的方式，实现输入输出之间的电隔离。

光耦合器的工作原理

输入端电路提供一个电信号驱动发光二极管发出光脉冲。发光二极管和受光器件封装在一个密封的不透光环境中。发出的光脉冲穿过绝缘介质照射到受光器件上，受光器件根据接收到的光强变化其本身的电性能（电阻、电流或电压）。输出端电路就可以检测到这种变化并产生对应的电输出。整个过程输入端和输出端之间没有直接的电路连接，从而实现了电隔离。

光耦合器的类型与规格

光耦合器按照输出型式和应用场景可分为多种类型，每种类型又有不同的参数规格。

根据输出型式分类

• 发光二极管光耦合器（Optocoupled LED）：输出端为发光二极管，当输入端有电流输入时，输出端LED就会发光。常用于数字信号隔离传输。
• 晶体管光耦合器（Optocoupled Transistor）：输出端为晶体管（通常是光电三极管），根据输入光强调节输出电流。可用于模拟/数字信号及较大功率的隔离传输。
• 达林顿光耦合器（Optocoupled DIAC）：输出端为双向闸极可控硅开关二极管，用于交流电力控制电路的触发，如调光器、继电器等。

根据应用场景分类

• 数字信号传输用：高速响应、低传输延迟的数字光耦，常用于数据传输、遥控、智能电网等领域。
• 模拟信号传输用：线性模式光电耦合器，能准确传输模拟信号波形，应用于传感测量系统。
• 电力控制用：高耐压、大规格光耦合三极管或达林顿，用于开关电源、逆变控制等功率较大的场合。

光耦合器的应用领域

由于光耦合器具有电隔离、抗干扰、防浪涌等优点，它在各种需要电气隔离的电路中都有广泛应用。主要应用领域包括：

• 信号电路隔离：在测量、控制、通讯等系统中，经常需要将高电位侧和低电位侧电路隔离开，以消除电位差带来的危险，防止电路串扰。此时可使用光耦合器实现信号隔离传输。
• 电源隔离：开关电源、逆变电源等电力电子电路中，控制电路与功率电路之间必须有绝缘隔离。光耦合器常用于PWM脉控信号或反馈信号的隔离传输。
• 电机控制：在伺服电机、步进电机等运动控制系统中，光耦合器用于隔离微弱的运动控制信号，避免高压、大电流引起的冲击或干扰。
• 通讯与数据传输：计算机和工控机通讯接口、串行通讯、网络数据传输中，光耦合器被用作信号电平的转换及传输电路隔离。
• 医疗电子设备：病人连接医疗设备的电路必须与设备其他电路绝缘，以确保患者电击安全。光耦合器可实现这种生命攸关的关键隔离。
• 其他应用场景：军工、航空航天、仪器仪表、汽车电子、雷达系统、高压/雷电环境等，凡是对接地隔离和抗扰性有严格要求的领域，都可以使用光耦合器。

光耦合器应用电路设计要点

正确使用光耦合器需要合理的电路设计，充分发其隔离和抗干扰性能。以下是一些设计时需要注意的重点：

1. 合理选择电路拓扑：根据应用场景，选择适合的电路拓扑连接方式，如共射极开集、共射极开源、共基极等。不同拓扑在驱动能力、响应速度、线性度等方面有所差异。
2. 优化布线与接地：输入端和输出端的布线要严格分开，避免电感或电容耦合。分别单点接地，防止地线形成电路环路。同时要注意抑制外部电磁场的影响。
3. 降低电磁干扰影响：远离强电磁源、增加屏蔽、采用绞合线缆等措施减小外部杂讯和电磁耦合。合理选择器件封装以提高抗干扰性。
4. 灵活配置外围电路：恰当选择光耦合器外围的滤波、稳压、反馈等电路，优化参数配置，提高传输效率和抗干扰能力。高速应用时，要注意匹配管脚阻抗。
5. 参考厂商应用电路建议：不同厂家会提供一些经过验证的应用参考设计，可以借鉴和优化这些经验设计，节省开发时间。
6. 进行仿真和实验优化：如果有条件，可以先用电路仿真软件进行仿真分析，发现潜在问题；最后要反复进行各种条件下的实验测试优化。

光耦合器应用电路设计还需要结合具体情况灵活处理，做好保护、隔离、抗扰度、线性度等各方面的权衡。只有经过合理周全的设计，才能最大限度发挥光耦合器的优势。

常见问题

• 光耦合器和普通电路隔离变压器相比有何优缺点？
• 哪些情况下必须使用光耦合器？
• 光耦合器的电流传输比是多少合适？

光耦合器主要厂商

• Broadcom
• Isocom
• onsemi
• Vishay

本文原文来自RS Components