光耦合器原理详尽讲解

光耦合器件介绍
光学偶合器件（通称光电耦合器）是把发亮元器件（如发亮二极体）和感光元器件（如光敏三极管）拼装在一起，根据光源完成藕合组成电—光跟光—电的变换元器件。光耦合器分成许多类型，图1所显示为常见的三极管型光耦合器电路原理图。

当电子信号送进光耦合器的键入端时，发亮二极体根据交流电而发亮，感光元器件遭受阳光照射后造成电流量，CE通断；当键入端信号不好，发亮二极体没亮，光敏三极管截至，CE堵塞。针对多位量，当键入为低电频“0”时，光敏三极管截至，輸出为上拉电阻“1”；当键入为上拉电阻“1”时，光敏三极管饱和状态通断，輸出为低电频“ 0”。若基极有变压器接地线则可达到温度补偿、检验调配规定。这类光耦合器特性不错，价格低，因此使用普遍。
图一 最常见的光耦合器之內部框架图 三极管接受型 4脚封裝 图二 光耦合器之內部框架图 三极管接受型 6脚封裝 图三 光耦合器之內部框架图 双发光二极管键入 三极管接受型 4脚封裝 图四 光耦合器之內部框架图 晶闸管接受型 6脚封裝 图五 光耦合器之內部框架图 双二极管接受型 6脚封裝
光耦合器往往在传递数据信号的并且能高效地抑止尖单脉冲和各种各样杂讯影响，使安全通道上的数据信号杂讯比大幅提升，关键有下列几层面的缘故：
（1）光耦合器的输入电阻不大，仅有好几百欧母，而干扰信号的特性阻抗很大，一般 为105～106Ω。据分压原理得知，即便 影响工作电压的力度很大，但馈送到光耦合器键入端杂讯工作电压会不大，只有产生很细小的电流量，因为沒有充分的力量而无法使二极体发亮，进而被抑止掉了。

（2）光耦合器的键入控制回路与輸出控制回路中间沒有电气设备联络，都没有共地；中间的分布电容很小，而接地电阻又非常大，因而控制回路一边的多种影响杂讯都难以根据光耦合器馈送到另一边去，防止了共特性阻抗藕合的电磁干扰的造成。

（3）光耦合器可带来不错的保障功效，即便 当外围设备发生常见故障，乃至键入电源线接线时，也不会毁坏仪表盘。由于光耦合器件的键入控制回路和输入输出控制回路中间能够承担好几千伏的髙压。

（4）光耦合器的回复速率很快，其回复时间延迟只有10μs上下，适合对回复速率规定很高的场所。

光学隔离技术的运用
微型机界面电源电路中的光学防护
微型机有好几个键入埠，接受来源于远方当场机器设备传出的情况数据信号，微型机对这种信号分析后，輸出各类操纵数据信号去实行对应的实际操作。在现场自然环境较极端时，会存有很大的杂讯影响，若这种影响随键入数据信号一起进到微型机系统软件，会使操纵精确性减少，造成错误操作。因此，可在计算机的填写和輸出端，用光电耦合器作界面，对数据信号及杂讯开展防护。典型性的光学耦合电路如图所示6所显示。该线路关键使用在“A／D转化器”的多位数据信号輸出，及由CPU传出的对前向安全通道的操控数据信号与对比电源电路的界面处，进而达到在不一样操作系统间转录因子联接的与此同时，在电气设备通道上彼此防护，并在这个基础上完成将对比电源电路和多位电源电路互相防护，具有抑止交叉式串扰的功效。 图六 光耦合器布线基本原理

针对线形对比电源电路安全通道，规定光耦合器务必具备可以开展线性变换和传递的特点，或挑选对管，选用相辅相成电源电路以提升线性，或用V／F转换后再用多位光电耦合器开展防护。

输出功率光耦电路中的光学防护
在微型机自动控制系统中，很多运用的是开关量的操纵，这种开关量一般历经微型机的I／O輸出，而I／O的推动能力有限，一般不能推动一些点磁实行元器件，要加接推动界面电源电路，为防止微型机遭受影响，须采用隔离措施。如晶闸管所属的主电源电路一般是沟通交流弱电控制回路，工作电压较高，电流量很大，不容易与微型机立即相接，可运用光耦合器将微型机操纵数据信号与晶闸管开启电源电路开展防护。电源电路实比如图7所显示。 图七 双向可控硅（可控硅）

在电机控制回路中，也可选用光电耦合器来把控制回路和电机髙压电源电路隔离。电机靠MOSFET或IGBT整流管给予工作电压，整流管的按钮调节讯号和功率大的管中间需防护变大级。在光耦隔离级—放大仪级—功率大的管的联接方式中，规定光电耦合器具备高输出电压、快速和高共模抑止。

长距离的防护传输
在电脑应用系统软件中，因为自动控制系统与被测和被测机器设备中间必然地要开展中长线传送，数据信号在传送流程中很易遭受影响，造成 传送数据信号产生崎变或失帧；此外，在根据较长电缆线联接的距离很远的设施中间，常因机器设备间的接地线电势差，造成 地环城路电流量，对电源电路产生差模影响工作电压。为保证 中长线传送的稳定性，可选用光学藕合隔离措施，将2个电源电路的保护接地分隔，断开很有可能产生的环城路，使她们互不相关，提升电控系统的抗干扰能。若同轴电缆较长，当场影响比较严重，可根据二级光耦合器将中长线彻底“浮置”起來，如图所示8所显示。
图八 传送中长线的光电耦合器浮置解决
中长线的“浮置”除掉了中长线两边间的公共性接地线，不仅合理解决了各电源电路的交流电经公共性接地线时需造成杂讯工作电压产生互相窜扰，并且也合理地解决了中长线推动和匹配电阻难题；与此同时，可控机器设备短路故障时，还能维护系统软件不受损。

过零检验电源电路中的光学防护
零交叉式，即过零检验，指交流电流过零点被自动识别从而造成推动数据信号，使开关元件在这里时时刻刻逐渐启用。当代的零交叉式技术性已与光学藕合技术相结合。图9为一种单片机设计数控机床交流调压器中可采用的过零检验电源电路。
图九 过零检验
220V交流电流经电阻器R1过流保护后立即加到两个反方向串联的光耦合器GD1，GD2的键入端。在交流电的正负极自感电动势，GD1和GD2分别通断，U0輸出低电频，在交流电正弦波形过零的一瞬间，GD1和GD2均不通断，U0輸出上拉电阻。该差分信号经反闸整形美容后做为单片机设计的中断请求数据信号和可控性矽的过零同歩数据信号。

常见问题
（1）在光耦合器的导入部份和輸出一部分需要各自使用单独的开关电源，若两边同用一个开关电源，则光耦合器的隔离作用将失去了实际意义。

（2）当用光耦合器来防护I/O安全通道时，务必对任何的数据信号（包含多位量数据信号、操纵量数据信号、情况数据信号）所有防护，促使被防护的两侧沒有一切电气设备上的联络，不然这类防护是没有意义的。

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