光耦电路设计指南：从基础概念到实际应用

光耦电路设计指南：从基础概念到实际应用

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/qq_44703790/article/details/137754144

光耦合器（Optocoupler）是一种将输入端的电信号转换为光信号，再将光信号转换回电信号的器件，广泛应用于电气隔离、信号传输等领域。本文将详细介绍光耦合器的电流传输比（CTR）概念、电路设计步骤，并通过具体示例帮助读者掌握光耦电路的设计方法。

一、什么是光耦合器的 CTR？

CTR（Current Transfer Ratio）即电流传输比，是光耦合器的重要参数，表示集电极电流与正向电流的比率，用百分比表示：

CTR = (Ic / If) x 100%

其中，集电极电流是流向光耦合器晶体管侧集电极的电流，正向电流是流向光耦合器二极管侧的电流。

二、光耦合器电路设计步骤

1. 选择电路结构

根据应用需求选择合适的电路结构，是设计光耦电路的第一步。

2. 选择光耦合部件

在选择光耦合器部件时，需要考虑以下因素：

1. 如果应用是开关型，应选择CTR较高的设备
2. 如果是线性应用，可以考虑CTR范围较小的设备
3. 对于高温环境，应选择受温度影响较小的光耦合器，因为CTR会随温度升高而降低

3. 设置电路操作

1）定义输出电平

光耦合器电路可以在线性或饱和区域工作：

• 饱和时，Vout 理想为零
• 线性模式下，Vout 高于零但低于 Vcc
• 当二极管侧无偏置时，Vout 与 Vcc 相同

因此，在设计开关电路时，需要假设 VCE 或 Vout 为零；在线性应用中，则需要定义特定的 Vout 电平。

2）定义 Rf 值

需要注意的是，MCU 或 DSP 的 GPIO 通常是推挽输出，电流过大会损坏内部芯片，一般不超过 20mA。

3）确定 Rc

在确定了 Rf 和正向电流后，即可计算出 Rc 的值。

4）设置饱和度和线性工作条件

根据具体应用需求，设置电路在饱和或线性区域工作。

三、光耦合器电路设计示例

示例1：设计为开关

示例2：线性应用

以隔离式线性光耦 NSI6901C 为例：

• R2 和 R4 的选择：(3.3V - 0.9V) / 10mA = 240Ω，采用 0603 封装，功耗 1/10W
• C1 用于滤除低频信号，C2 用于滤除高频信号
• R1 和 R3 为电容放电提供路径，电容耐压选择 50V
• 当 PWM 为高电平时，NMOS 导通，驱动电压 15V，驱动电阻 R5 为 15Ω
• 当 PWM 为低电平时，PMOS 导通，驱动电压 -6V，R5 和 R6 并联后的等效电阻为 7.5Ω
• R7 为 10K 下拉电阻，可计算出相关电流值

在设计时还需要考虑以下参数：

1. 输入端发光二极管正常工作的电流
2. 输入端二极管的最大电压
3. 输出端的电压范围
4. 器件结温和工作温度范围
5. MOS 管导通时的最大电流承受能力
6. 信号传输延时时间
7. 工作频率
8. 各种电气特性曲线