光電耦合器的應用與使用注意事項

摘要：本文主要介紹了光藕及其應用。

關鍵詞：光耦；應用

光耦合器自70年代發展起來后，已經得到了廣泛的應用，下面舉兩個實例進行說明。

案例1

當我們要設計一組開關電源時，從安全以及抗干擾角度考慮，很多時候不希望是熱地(即希望將高頻變壓器的初級側與次級側的電源進行隔離，以提高弱電側的安全性)。

我們將上面的要求以及同時將開關電源的其他特性考慮進去，基本上發現開關電源具有以下幾個特征：

1、需要初級側的電源與次級側的電源進行隔離；2、開關具有高頻率特性；3、輸出電壓需要能夠實時地反饋給初級端控制芯片，以便芯片做出控制；4、次級側的電壓變化能夠線性地反饋到初級側；5、初級側與零火線直接相連，要求次級側的電源不受初級側的電源干擾；

在解決以上幾點要求上，光耦體現了其價值，而且設計簡單。光耦的線性特性，能夠使次級側的輸出線性地反饋到初級側；光耦的非機械觸點可以迅速開通與關閉，實現了開關電源實時、迅速的要求，同時還具備無壽命要求；更重要的是，其是隔離的，可以完全隔斷初級側與次級側，使次級側不受初級側的影響。圖1是一個簡單的開關電源示意。

該開關電源的工作原理

當輸出電壓升高時，光耦發光端電流增加，此時受光端電流也相應的增大，致使開關電源芯片減小開關管的導通時間或者導通頻率，從而降低輸出電壓：相反，當輸出電壓降低時，光耦發光端電流減小、此時受光端電流也相應的減小，致使開關電源芯片增大開關管的導通時間或者導通頻率、從而提高輸出電壓，并使輸出電壓穩定。該設計充分利用了光耦的線性。當然在使用上述電路時，需要保證光耦與穩壓二極管的匹配，保證二者都工作在合理的電流范圍內。

案例2

當我們某些時候需要一個非接觸式開關時，光耦能夠幫我們這個忙。

一股的時候，我們的開關基本上都是有觸點的。按一下，按鍵閉合；再按一下，按鍵斷開。但假如某些時候沒有辦法去接觸，怎么辦呢?光耦可以幫助我們，其只需要擋一下。為實現遮擋的要求，我們將光耦的發光側與受光側拉大，同時將發光側和受光側分別集成在一個結構件中，同時在發光側與受光側中間保留一個空隙(見圖2)。需要注意：發光側與受光側的結構材料必須是透光的。

通過結構的改進后，再配以圖3電路，一個非常實用的開關電路就產生了。圖3電路的工作原理如下：

當有遮光體伸入發光側與受光側中間的空隙中時，芯片I／O口檢測到低電平；

當沒有遮光體伸入發光側與受光側中間的空隙中時，芯片I／O口檢測到高電平。該電路具有以下優點：

1 遮光體只要是一個不透光的物體即可，不再需要像傳統按鍵那樣有力的輸出：

2 如果發光側需要進行邏輯控制，可以將發光側連接到某一個I／O口；

3 發光側和受光側根據需要，可以使用同一電源，當然也可以使用不同電源。

光耦使用注意事項

為了用好光耦，需要注意一些細節問題，以我們使用較多的光耦PC817舉例介紹。

1 同一系列的光耦有不同的子系列，其對應的CTR(電流傳輸比)是不同的(如表1)，我們在選擇時，需要根據自己的電路要求選擇型號；分類表電流傳輸比如表1所示。

2 輸出側的極限耐壓值是需要考慮的一個參數V_CEO(如表2)，使用時工作電壓一定不能高過此電壓值，并需要保留一定余留。同時也需要考慮浪涌值，必要時，可以在其兩側并聯一個TVS二極管去抗浪涌干擾。

3 輸入側的二極管的反向電壓(V_R)是另一個需要特別注意的參數(如表3)因為光耦很重要的應用是隔離，所以光耦在很多時候被直接運用在交流回路中，此時光耦需要特別注意反向回路問題，需要時可以在輸入側的二極管上反向并聯一個二極管(如圖4)，起到保護光耦作用；或者直接使用雙向光耦。

4 CTR(電流傳輸比)是受到IF(輸入端正向電流)影響的，如圖5。要想獲得合適的CTR值，需要給定一個合理的電流值。

5 當然，作為半導體器件中的一員，其同樣受到溫度、電壓等因素的影響。

6 當在使用光耦的隔離性時，需要同步考慮光耦兩側的安全性、即在進行PCB(印制電路板)設計時，需要考慮它們之間的安全距離，確保符合認證要求。

結語

光耦的優良特性，為我們的設計(尤其是隔離設計)帶來了很大的方便、可靠，使我們的設計變的簡單、可靠。隨著科技的發展，已經產生了很多更新更好用的光耦，如雙向光耦、固態繼電器等等。未來、也必定將有更完美的光耦為我們的設計帶來更大的進步。