贴片光电耦合器简介及应用

潮光光耦网 专业光电耦合器供应商光电耦合器(以下简称光耦)是一种发光器件和光敏器件组成的光电器件。它能实现电 光电信号的变换，并且输入信号与输出信号是隔离的。目前极大多数的光耦输入部分采用砷化镓红外发光二极管，输出部分采用硅光电二极管、硅光电三极管及光触发可控硅。这是因为峰值波长 900940nm 的砷化镓红外发光二极管能与硅光电器件的响应峰值波长相吻合，可获得较高的信号传输效率。光耦的结构光耦的内部结构(剖面)如图 1 所示。光耦输入部分大都是红外发光 二极管，输出部分有不同的光敏器件，如图 2 所示。这里要说明的是，图 2(c)的输入部分有两个背对背的红外发光二极管，它用于交流输入的场合；图 2(d)采用达林顿输出结构，它可使输出获得较大的电流；图 2(e)、2(f)的输出由光触发双向可控硅组成，它们主要用来驱动交流负载。图 2(e)与图 2(f)的差别是图 2(f)有过零触发控制(图中的“ZC”即“过零” 的意思) ，而图 2(e)没有过零触发控制电路。基本电路光耦的基本电路如图 3 所示。图 3(a)的负载电阻 RL 接在发射极及地之间，图 3(b)的负载电阻 RL 接在电源 Vdd 与集电极之间。在图 3(a)中，输入端加上 Vcc 电压，经限流电阻 Rin 后，有一定的电流 IF 流经红外发光二极管，IF 与 Vcc、发光二极管 的正向压降 VF 及 Rin 的关系为：IF=(Vcc-VF)/Rin 。式中的 VF 取 1.3V。IF 的最大值由资料给出(一般工作时 IF10mA)。潮光光耦网 专业光电耦合器供应商发光二极管发光后，光电三极管导通，集电极电流 Ic 由 Vdd 经光电三极管流过 RL 到地，使输出电压 Vout=IcRL(或 Vout=Vdd-VCE，VCE 为光电 三极管的管压降) 。图 3(b)的工作原理与图 3(a)相同，不再重复。图 3 中输入、输出也可用各自的地。从图 3(a)可以看出；输入端不加 Vcc 电压，输出端 Vout=0V，输入端加了 Vcc 电压，负载得电，这个功能相当于“继电器”。如果在输入端加幅值为 5V 的脉冲( 如图 4 所示)，输出端 Vdd=12V，RL=10k，则输出的脉冲幅值接近 12V，从这功一能来看，相当于“ 变压器”；若输入电压从 0 跃变到+5V，输出则从 0 跃变到接近 12V，它又可用作电平转换。特点及应用范围光耦的主要特点：输入与输出之间绝缘(绝缘电压可达数千伏) ；信号传输为单方向，输出信号不会对输入信号有影响；能传输模拟信号也可传输数字信号；抗干扰能力强；体积小、寿命长；由于无触头，因此抗振性强。近年来由于生产工艺改进，SMT 的发展，开发出性能更好、尺寸更小的贴片式光耦，它由 DIP6 管脚封装改进成 4 管脚封装，不仅改小尺寸，并且减小了干扰，如图 5 所示，但有一些公司其管脚仍按 6 管脚排列，如图 2 所示。顶面有圆圈者为第 1 管脚，如图 6 所示。由于该类器件有上述特点，它主要应用于隔离电路、开关电路、逻辑电路、信号长线潮光光耦网 专业光电耦合器供应商传输、线性放大电路、隔离反馈电路、控制电路及电平转换电路等。 光耦主要参数本文介绍 NEC 公司及 TOSHIBA 公司生产的一些常用的贴片式光耦及其主要参数。主要参数如表 1 及表 2 所示。这里要说明一下电流传输比(CTR)这个参数的意义。CTR 是 Current Transfer Ratio 的缩写。它是在一定工作条件下(IF 及 VCE)，光耦的输出电流 Ic 与输入电流 IF 的比值，一般用百分比表示，其值低的从几到几十，高的从几十到几百，达林顿输出型可达上千。CTR 大，则在同样的 IF 下，输出电流 Ic 大，驱动负载的能力也强(或者说 IF 较小可获得大的Ic)。这里顺便指出，当用光电耦合器作交流信号传输时，必须考虑它的频率特性。采用 GaAs 发光二极管及硅光电三极管的光耦，其最高工作频率约为 500kHz；其响应时间小于 10s。在使用时要注意的红外发光二极管的反压 VR 一般是很低的，有的 VR 仅 3V。因此在使用时输入端不能接反，防止红外发光二极管因反压过高而击穿(可在 1 脚、3 脚接一个反向二极管来保护，如图 4 所示)。光耦的简易测量方法光电三极管输出的光耦是应用最广泛的，若顶面印刷字迹或圆点看不清楚，可采用指针式三用表来测量，确认哪个管脚是 1 脚，并且也可简易测出光耦的好坏。由于它是一个二极管及一个三极管 c、e 极组成的，所以用 R1k 挡来测量是十分方便的。只要测出一个二极管：黑表笔接二极管的阳极，红表笔接二极管的阴极，其阻值约 30k，则黑表笔端即 1 脚。如图 7 所示，其它三种测量都应是 R=(表笔不动)。若光电三极潮光光耦网 专业光电耦合器供应商管的测量电阻不是，则此光耦不能用。应用电路各种不同结构的光耦可满足输入、输出隔离；输入与输出共地或不共地；输入、输出是直流或交流，使用极为灵活，因此应用极为广泛，这里介绍一些典型应用电路。1隔离线性放大器电路如果将输入的交流信号调制成与信号电压成比例的调制电流，则经光耦后再经放大可实现隔离线性放大，电路如图 1 所示。+5V 电压及限流电阻（R1 及 RP）给发光二极管一个偏置电流 IFO （一般 IFO 取得大一点，约 10mA），交流信号电压经 C1、R2 后加在发光 二极管上，叠加在 IFO 上形成调制电流。经光耦后输出调制的光电流，在 R3 上产生一个与输入电压成比例的调制电压，此电压经 C2 隔直，交流成分则经放大器放大输出。这里要指出的是经光耦的电-光及光- 电转换，线性度不是很高。为了减小失真，偏置的电流 IFO 要大，信号电压产生的调制电流的峰值电流不超过 5mA，可使输出电压失真较小。这种光电隔离放大器比隔离放大器要便宜得多。另外，光电三极管的地用表示（说明与输入电压不共地）。采用 PS2701 有较好的线性度，输入信号的频率可在音频范围。潮光光耦网 专业光电耦合器供应商2市电监测电路图 2 是一种市电监测电路，当停电时报警。采用 TLP126 光耦经限流电阻直接与市电 220V 连接，使光耦的发光二极管 发光，光电三极管导通，使 10k 电阻上的电压接近 Vdd（光电三极管的饱和管压降小于 0.5V），外接功率 MOSFET（VT）的-VGS 1V，则 VT截止，报警电路不工作。3.3F 电容是用来稳定 VT 栅极的电压，防止交流电压过零使栅极电压变化太大而产生误动作。市电停电时，发光二极管无电流，光电三极管截止，VT 的-VGS=9V，VT 导通，报警电路工作。 Si9400 是 P 沟道功率 MOSFET，其主要参数是 VDS=-20V，在 VGS =-10V 时 RDS(ON)=0.25，ID=2.5A。8 管脚 SO 封装，管脚排列如图 3 所示，使用时，四个 D 要焊在一起，两个 S 要焊在一起以便于散热。潮光光耦网 专业光电耦合器供应商3防盗报警器电路一种用抽屉被撬防盗报警器电路如图 4 所示。它由光遮断器、遮断片及有关电路组成。光遮断器是一种光电传感器，它由红外发光二极管及光电三极管及黑色塑料外壳组成，其剖面如图 4 左边所示，其外形如图 4 右边所示。其工作原理与光耦完全相同，区别仅仅是它由遮断片来阻挡光路使光电三极管截止；当遮断片后移，发光二极管的红外光照到光电三极管，光电三极管导通。光遮断器安装在抽屉的底部，遮断片装在抽屉上，如图 5 所示。要使防盗报警器工作，接通 Vcc（+5V）及 Vdd（+9V）。抽屉未被撬时，遮断片遮住光路，光电三极管截止，VT 无 ID，VT 也截止，光耦（TLP169G）的发光二极管无电流，光触发双向可控硅截止，报警电路不工作。当小偷撬开抽屉，拉出抽屉时，遮断片退后，光遮断器光路通，光电三极管导通，VT相继导通，光耦中的发光二极管工作，光触发双向可控硅导通，报警器电路工作。 潮光光耦网 专业光电耦合器供应商这个电路的特点是，一旦报警器工作，即使将抽屉关上，遮光片遮断光路，但双向可控仍然导通，报警电路仍一直报警，即使小偷发现光遮断器，将它破坏，但报警电路还工作。按一下开关 K 断开 Vdd 才能使报警电路不工作。这里 VCC 的地与 Vdd 的地不共地，图中用两种地的符号表示。 由于光遮断器有多种型号，要求发光二极管的工作电流 IF 各不相同，必要时要调整 R1 的大小，使其满足 IF 的要求。TLP160G 的输出部分光触可控硅的最大工作电流在 25时可达 100mA（随着温度增加而减小）。若报警电路工作电流大于 80mA，最好外接 VT2，如图 6 所示。4交流固态继电器电路TLP160G 光耦用得最广的是用作交流固态继电器。它可以与外接双向可控硅作简单连接来驱动市电供电的各种负载。其电路如图 7 所示。输入三极管 VT 的基极的控制信号为高电平时，VT 导通，红外发光二极管也导通（ VCC 经 RIN、红外发光二极管、经 VT 的C、E 极到地），光触发双向可控硅导通；这使外接功率较大的三端双向可控硅导通，负载RL 得电。其工作原理相当于图 8 中的控制开关：K 闭合，双向可控硅导通；K 断开，双向可控硅截止。潮光光耦网 专业光电耦合器供应商如果将虚线框内的电路做成一个单独的模块，它就是一个交流固态继电器。图 7 的电路适合于电阻性负载，若是电感性负载，电路中增加一个 RC，如图 9 所示。这种交流固态继电器有一个缺点，它的双向可控硅不是在交流电过零时触发导通，其结果是正弦波不完整，这瞬间会产生对电网的干扰。外接三端双向可控硅耐压要大于 400V，工作电流应大于