光耦合器的选择 admin    18/09/08



    光耦合器(Optical Coupler)亦称光电耦合器或光隔离器,简称光耦。它是以光为 媒介来传输电信号的器件。通常是把发光器(红外发光二极管LED)与受光器(光敏 三极管)封装在同一管壳内。当输入端加上电信号时,发光器发出光线,受光器在接收 光线之后就产生光电流,从输出端流出,从而实现了“电—光—电”转换。光耦合器可广 泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器、精 密开关电源、仪器仪表及微机接口中。

一.光耦合器的工作原理

1.光耦合器的类型

    常见光耦合器的产品分类及内部电路如图3-11-1所示,括号内是8种典型产品的 型号。其中,通用型属于中速光耦合器,其电流传输比为25%~300%。达林顿型光耦 合器的速度较低,而电流传输比可达100%~5000%。高速型光耦合器具有速度快、输 出线性好等优点。由光集成电路构成的光耦合器属于高速光耦,电流传输比较大。光纤 型光耦合器能够耐高压,其绝缘电压值超过100kV。光敏晶闸管型光耦合器属于大功率 输出的光耦,典型产品有4N39(内含单向晶闸管)、IS607(内含双向晶闸管)。光敏场 效应管型光耦合器的特点是速度快,交、直流两用。普通光耦合器典型产品的主要技术 指标见表3-11-1。

图1  光耦合器的分类及内部电路

表3-11-1  普通光耦合器典型产品的主要参数

型号 电流传输比 CTR(%) 绝缘电阻 R(Ω) 绝缘电压 UDC(V) 最大正向电流 IFM(mA) 反向击穿电压 U(BR)CEO(V) 饱和压降 UCES(V) 暗电流 IR(uA) 最大功耗 PM(mW) 封装形式
4N35>100-355060300.350-DIP-6
4N30>1001011150060301.0100100DIP-6
GO111>601010100060>30<0.4<10>5DIP-6

2.光耦合器的性能特点

    光耦合器的主要优点是单向传输信号,输入端与输出端完全实现了电气隔离,抗干 扰能力强,传输距离远,使用寿命长,传输效率高。

    电流传输比是光耦合器的重要参数,通常用直流电流传输比来表示,当输出电压保 持恒定时,它等于直流输出电流IC与直流输入电流IF的百分比。有公式

CRT = IC/IF x 100%      (3-11-1)

     采用一只光敏三极管的光耦合器,CTR的范围大多为20%~300%,例如4N35型 光耦合器的CTR>100%,而PC817A型光耦合器则为80%~160%。达林顿型光耦合 器(如4N30)可达100%~5000%。这表明欲获得同样的输出电流,后者只需较小的 输入电流。因此,CTR参数与晶体管的hFE有某种相似之处。

二.线性光耦合器的选择

1.光耦合器的类型

    光耦反馈式开关电源中经常采用线性光耦合器,典型产品型号为PC817A、 CNYl7—2和MOC8101。线性光耦合器与普通光耦合器典型的CTR—IF特性曲线,分别 如图3-11-2中的虚线和实线所示。由图可见,普通光耦合器的CTR—IF特性曲线呈非 线性,在IF较小时的非线性失真尤为严重,因此它不适合传输模拟信号。线性光耦合 器的CTR—IF特性曲线具有良好的线性度,特别是在传输小信号时,其交流电流传输比 (ΔCTR=ΔIC/ΔIF)很接近于直流电流传输比CTR值,因此它适合传输模拟电 压或电流信号,能使输出与输入之间呈线性关系。这是其重要特性。

图3-11-2  两种光耦合器的CTR—IF特性曲线

    在设计光耦反馈式开关电源时必须正确选择光耦合器的型号及参数。选取原则如下:

    (1)光耦合器的电流传输比(CTR)的允许范围是50%~200%。这是因为 当CTR<50%时,光耦合器中的LED就需要较大的工作电流(IF>50mA),才 能正常控制占空比,这会增大光耦合器的功耗。若CTR>200%,在启动电路或者当负 载发生突变时,有可能造成误触发,影响正常输出。

    (2)推荐采用线性光耦合器,其特点是CTR值能够在一定范围内做线性调整。由 英国埃索柯姆(ISOCOM)公司、美国摩托罗拉公司生产的4N××系列(例如4N25、 4N26、4N35)光耦合器,目前在国内应用十分普遍。鉴于此类光耦合器呈现开关特性, 其线性度差、CTR值不可控,适宜传输数字信号(高、低电平),因此不推荐用在单片 开关电源中。

    开关电源常用线性光耦合器的典型产品及主要参数见表3-11-2

表3-11-2  线性光耦合器的典型产品及主要参数

型号 电流传输比 CTR(%) 反向击穿电压 U(BR)CEO(V) 国外生产厂家 封装形式
PC816A80~16070SharpDIP-4 (基极末引出)
PC817A80~16035
SFH610A-263~12570Simens
NEC2501-H80~16040NEC
CNYl7-263~12570Motorola,Simens,ToshibaDIP-6 (基极引出)
CNYl7-3100~20070
SFH600-163~12570Simens,Isocom
SFH600-2100~20070
CNY75GA63~12590TemicDIP-6 (基极末引出)
CNY75GB100~20090
MOC810150~8030Motorola,Isocom
MOC810273~11730


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