光耦电子元器件使用技巧-广州同创芯电子有限公司

电器运用之中常见的隔离器件有光耦、继电器、变压器。
光耦是一种流量掌控元件,它采用光当作传输信号的媒介:电→ 光→ 电输入端为萤光二极管,输出端为光敏半导体。光耦的核心应用是隔离,通常用作输出和输入间没公共接地的系统。因此,输出和输入间的耐受电压可达数千伏。
许多通信模块也被光耦隔离,这使更难构建各种系统间的连接,无论它们与否一起负载。

图1表明了光耦控制继电器(小功率)。为了使光耦能精确地驱动继电器,输出端的阻抗应较大,因此输出端的电流应较小。确切原因见下列分析。

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图1:光耦控制继电器

图2表明开关信号被隔离,并通过光耦输出单片机。图之中24V和3.3V没一起负载,控制系统之中的数字电压3.3V驱动能力庞大。因此,通常采用24V或12V的开关电源当作开关信号的电源。

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图2:输出输入隔绝

上述两种常用的应用看上去直观,但要准确采用光耦,必须掌控光耦输出和输入间的关系。
光耦分为线性光耦和非线性光耦。在具体的常规应用之中,有很多线性光耦,因为线性光耦可取代非线性光耦。现在我们采用线性光耦(ps2561a)展开下列实验,从另一个角度认识TA的魅力。

如图3所示,变更光耦输出电流if,测量输出CE阻抗。

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图3:输出电流if与输出CE阻抗关系实验
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输出电流if在右侧,输入CE阻抗在左侧

如图4所示,光耦输出输入的限流电阻为1K,输出电压相近。因此,变更调压器的电压值,取得光耦输出电流if与输出电流IC的关系。

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图4:输出电流if与输出电流IC关系的实验
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输出电流if在右侧,输入电流IC在左侧

如图5之中取得的实验数据所示,输入电流IC和输入电流if的曲线趋势基本相同,CE阻抗在大于1K时呈线性变化。且最大电压小于100Ω。

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图5:实验数据

因此,采用线性光耦传输开关信号时,需恰当对应输入电阻。图1之中输入电阻为360Ω,光耦输出正向压降约1V,输出电流IC为&40;5-1) 360≈ 11ma,光耦输入200ΩCE阻抗超过,继电器hfd2线圈电压2880Ω。此时,继电器可稳定驱动。如果IC电流变大,CE阻抗变小之后,继电器难以稳定液压。
线性光耦主要用作模拟信号的传输,其输入非常于一个可变电阻。这在开关电源之中非常常用。透过光耦当作回馈,隔离高压和低压。通常采用PC817、ps2561和ps2801。与后一示例一样,它也常用作开关信号。
图7表明了图6之中开关电源外部的线性光耦。开关电源的输出电压由线性光耦隔离并回馈给控制芯片,以达即时变更输入电压的目的。

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图6:光耦在开关电源之中的应用
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图7:开关电源之中的光耦

非线性光耦主要用作开关信号(或数字信号)的传输。常用的4N系列有4N25、4n26和TIL117;此外,有高速光耦,如6N136、6n137、ps9714、ps9715等,主要用作通信隔离和PWM波掌控(可精确减少电磁干扰)。辨别与否为高速光耦。察看数据手册与否命令高速(1Mbps、10Mbps)。

关键性点
① 光耦的核心应用是隔离;
② 在相近电压之下,线性光耦的输入电阻和输出电阻相近,输入电流IC与输入电流if基本相同;即使输出和输出电压有所不同,也可通过对应输入和输出间的电阻来构建;
③ 线性光耦和非线性光耦都可用来转换信号。无关,非线性光耦不能取代线性光耦电路;
④ 非线性光耦的响应速度比线性光耦慢,这与比较器的响应速度比运算放大器的响应速度相近。

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