光电耦合器的应用与使用注意事项

 光耦合器自70年代发展起来后，已经得到了广泛的应用，下面举两个实例进行说明。

　　案例1

　　当我们要设计一组开关电源时，从安全以及抗干扰角度考虑，很多时候不希望是热地(即希望将高频变压器的初级侧与次级侧的电源进行隔离，以提高弱电侧的安全性)。

　　我们将上面的要求以及同时将开关电源的其他特性考虑进去，基本上发现开关电源具有以下几个特征：

　　1、需要初级侧的电源与次级侧的电源进行隔离;2、开关具有高频率特性;3、输出电压需要能够实时地反馈给初级端控制芯片，以便芯片做出控制;4、次级侧的电压变化能够线性地反馈到初级侧;5、初级侧与零火线直接相连，要求次级侧的电源不受初级侧的电源干扰;

　　在解决以上几点要求上，光耦体现了其价值，而且设计简单。光耦的线性特性，能够使次级侧的输出线性地反馈到初级侧;光耦的非机械触点可以迅速开通与关闭，实现了开关电源实时、迅速的要求，同时还具备无寿命要求;更重要的是，其是隔离的，可以完全隔断初级侧与次级侧，使次级侧不受初级侧的影响。图1 是一个简单的开关电源示意。

　　该开关电源的工作原理

　　当输出电压升高时，光耦发光端电流增加，此时受光端电流也相应的增大，致使开关电源芯片减小开关管的导通时间或者导通频率，从而降低输出电压;相反，当输出电压降低时，光耦发光端电流减小，此时受光端电流也相应的减小，致使开关电源芯片增大开关管的导通时间或者导通频率，从而提高输出电压，并使输出电压稳定。该设计充分利用了光耦的线性。当然在使用上述电路时，需要保证光耦与稳压二极管的匹配，保证二者都工作在合理的电流范围内。

　　案例2

　　当我们某些时候需要一个非接触式开关时，光耦能够帮我们这个忙。

　　一般的时候，我们的开关基本上都是有触点的。按一下，按键闭合;再按一下，按键断开。但假如某些时候没有办法去接触，怎么办呢?光耦可以帮助我们，其只需要挡一下。为实现遮挡的要求，我们将光耦的发光侧与受光侧拉大，同时将发光侧和受光侧分别集成在一个结构件中，同时在发光侧与受光侧中间保留一个空隙(见图2)。需要注意：发光侧与受光侧的结构材料必须是透光的。

　　通过结构的改进后，再配以图3电路，一个非常实用的开关电路就产生了。图3电路的工作原理如下：

　　当有遮光体伸入发光侧与受光侧中间的空隙中时，芯片I/O口检测到低电平;

　　当没有遮光体伸入发光侧与受光侧中间的空隙中时，芯片I/O口检测到高电平。该电路具有以下优点：

　　⒈遮光体只要是一个不透光的物体即可，不再需要像传统按键那样有力的输出;

　　⒉如果发光侧需要进行逻辑控制，可以将发光侧连接到某一个I/O口;

　　⒊发光侧和受光侧根据需要，可以使用同一电源，当然也可以使用不同电源。

        光耦使用注意事项

　　为了用好光耦，需要注意一些细节问题，以我们使用较多的光耦PC817举例介绍。

　　⒈同一系列的光耦有不同的子系列，其对应的CTR(电流传输比)是不同的(如表1)，我们在选择时，需要根据自己的电路要求选择型号;分类表电流传输比如表1所示。

　　⒉输出侧的极限耐压值是需要考虑的一个参数VCEO(如表2)，使用时工作电压一定不能高过此电压值，并需要保留一定余留。同时也需要考虑浪涌值，必要时，可以在其两侧并联一个TVS二极管去抗浪涌干扰。

　　⒊输入侧的二极管的反向电压(VR)是另一个需要特别注意的参数(如表3)因为光耦很重要的应用是隔离，所以光耦在很多时候被直接运用在交流回路中，此时光耦需要特别注意反向回路问题，需要时可以在输入侧的二极管上反向并联一个二极管(如图4)，起到保护光耦作用;或者直接使用双向光耦。

　　⒋CTR(电流传输比)是受到IF(输入端正向电流)影响的，如图5。要想获得合适的CTR值，需要给定一个合理的电流值。

　　⒌当然，作为半导体器件中的一员，其同样受到温度、电压等因素的影响。

　　⒍当在使用光耦的隔离性时，需要同步考虑光耦两侧的安全性，即在进行PCB(印制电路板)设计时，需要考虑它们之间的安全距离，确保符合认证要求。

　　结语

　　光耦的优良特性，为我们的设计(尤其是隔离设计)带来了很大的方便、可靠，使我们的设计变的简单、可靠。随着科技的发展，已经产生了很多更新更好用的光耦，如双向光耦、固态继电器等等。未来，也必定将有更完美的光耦为我们的设计带来更大的进步。