电源隔离模块之光耦介绍
电源隔离模块之光耦介绍
光耦合器（简称光耦）是一种将电信号从一个电路传输到另一个电路的器件，主要起到信号隔离的效果。它广泛应用于数字电路电源隔离（如485、232通信）以及DC转AC电路中。
光耦选型参数
在选择光耦时，需要考虑以下参数：
- 输入输出电压
- 电流转换比（CTR）
- 绝缘电压
- 响应时间
- ESD（静电放电）能力
- 反向击穿电压
- 发光二极管正向压降（通常为1.2-1.5V）
- 脉冲上升时间（6us）和下降时间(5us)
通常在电路中，尤其是低电压或者高噪声敏感电路中，光耦合器用于隔离电路以防止电气碰撞机会或排除不需要的噪声。
光耦内部结构
光耦合器的内部结构如图所示：
左边的1、2引脚是一个LED，发出红外光。7、8引脚是一个光敏三极管，是一种光电晶体管。LED灯的强度直接控制光电晶体管。光电晶体管和红外LED之间的空间是透明的非导电材料，隔离了两个不同的电路（中间可以使用玻璃、空气或者透明塑料制成）。
工作原理
光耦合器由LED发射器和光敏元件接收器组成。当LED发出光并照射到光电传感器（三极管的基极）上时，光电传感器开始流动电流。在这个系统中，输入光与输出端的电流成正比。
光耦基本工作图如下：
当输入电压为0V时，光耦不工作。输出端电压为电源端电压12V。当输入电压为5V时，光耦工作。三极管被导通，形成一个完整的闭合回路。输出电压被拉低到0V，如下图所示：
工作模式
光耦合器有三种主要的工作模式：
饱和模式：在饱和模式下，LED将打开或关闭，因此，输出晶体管完全关闭或完全打开，意味着用于导通或者非导通模式。起开关作用。例如，用于微控制器的电机驱动中，电机需要高电流高电压，在此模式下，电机将完全开启或者关闭。
线性模式：LED会得到一个变化的信号脉冲。LED光线通过电压或者信号样本来改变或控制，然后光电晶体管还为输出提供可变传递。就是输出也可以是一个变化的信号脉冲，用于模拟信号隔离。例如，用于开关模式电源（SMPS）或控制需要在输出端进行错误检测的不同电路。
光电二极管与光电晶体管光耦合器：
- 光电二极管光耦在电流和光之间的线性关系上优于光电晶体管光耦
- 光电耦合器通过光电晶体管的基极的LED光束传递宽频率的音频信号，当光束到达基极时，晶体管的输出会发生变化以放大。但在高频处可能会出现一些失真。
- 光电二极管输出信号幅度小于光电晶体管，但光电二极管光耦的输入光和输出电流的关系，在大多数音频和一些数字信号中都很好。（信号质量更好）
光耦的类型
- 光晶体管光电耦合器（NPN 或者PNP）
右图新增了一个6脚，6脚用于控制光电晶体管的灵敏度。该脚通常串接一个高电阻与地或者负极连接。能有效控制由于噪声或者电气瞬变引起的误触发。注意：在使用基于光电晶体管的光耦合器之前。必须知道晶体管的最大额定值。
- 光达林顿晶体管光耦合器
光达林顿晶体管是两个集体管对，控制方式与光晶体管一致，但可以起到提供更高增益的能力。（比较少用）。
- 基于光三端双向晶闸管的光耦合器
主要用于DC控制发光二极管，通过三端双向晶闸管输出AC。例如：IL420
- 基于晶闸管的光耦（SCR）
SCR代表 可控硅整流器，SCR也称为 晶闸管。工作方式与光晶体管一致。主要用于交流电路。常用型号：MOC3071、L400、MOC3072。
光耦的作用
- 隔离。隔离高压电路从而保护高敏感电路不受干扰。
- 隔离高压尖峰和浪涌电流
- 光耦合器开关特别快，可以通过整流器来检测交流电源的过零。
- 消除信号中的电噪声。
应用场景
- 主要是隔离两个电路。（前后隔离。隔绝EMC干扰。起开关作用）
- 用于开关直流电路。（可以配合MCU检测脉冲或者中断。）
- 用于检测交流电压。
- 通过直流电压控制交流电路。