要有光！光耦合器的工作原理

需要保護(hù)敏感的低壓組件并隔離 PCB 上的電路？光耦合器可以完成這項(xiàng)工作。要有光！該設(shè)備允許您在兩個(gè)隔離電路之間傳輸電信號(hào)，該電路由兩個(gè)部分組成：****紅外光的LED和檢測(cè) LED 光的光敏設(shè)備。這兩個(gè)部件都包含在一個(gè)帶有一對(duì)用于連接的引腳的傳統(tǒng)黑匣子中。乍一看，很容易將光耦合器與集成電路 (IC)混為一談。

這個(gè)雙向可控硅光耦合器看起來(lái)像一個(gè) IC。（圖片來(lái)源）

首先向光耦合器施加電流，使紅外 LED 發(fā)出與電流成正比的光。當(dāng)光線照射到感光器件上時(shí)，它會(huì)打開(kāi)并開(kāi)始像任何普通晶體管一樣傳導(dǎo)電流。

光耦合器的工作原理。（圖片來(lái)源）

默認(rèn)情況下，感光設(shè)備通常處于未連接狀態(tài)，以提供對(duì)紅外光的最高靈敏度。它還可以通過(guò)外部電阻器接地，以更好地控制開(kāi)關(guān)靈敏度。

光耦合器有效地隔離了輸出和輸入電路。（圖片來(lái)源）

該設(shè)備基本上像開(kāi)關(guān)一樣工作，連接 PCB 上的兩個(gè)隔離電路。當(dāng)電流停止流過(guò) LED 時(shí)，光敏器件也停止導(dǎo)通并關(guān)閉。所有這些切換都是通過(guò)玻璃、塑料或空氣的空隙發(fā)生的，LED 或光敏設(shè)備之間沒(méi)有電氣部件。一切都與光有關(guān)。

如果您正在設(shè)計(jì)一種容易受到電壓浪涌、雷擊、電源尖峰等影響的電子設(shè)備，那么您將需要一種保護(hù)低壓設(shè)備的方法。如果使用得當(dāng)，光耦合器可以有效地：

• 消除信號(hào)中的電噪聲

• 將低壓設(shè)備與高壓電路隔離

• 允許您使用較小的數(shù)字信號(hào)來(lái)控制較大的交流電壓

光耦合器有四種配置。每種配置與不同的光敏設(shè)備共享相同的紅外 LED。這些包括：

通常用于直流電路的光電晶體管和光電達(dá)林頓，以及用于控制交流電路的光電可控硅和光電可控硅。

四種類型的光耦合器。（圖片來(lái)源）

如果您喜歡冒險(xiǎn)，您甚至可以制作帶有一些備件的自制光電耦合器。只需將 LED 和光電晶體管組合在反射塑料管內(nèi)即可。

一個(gè)只有三個(gè)簡(jiǎn)單部件的自制光耦合器。（圖片來(lái)源）

光耦合器既可以單獨(dú)用作開(kāi)關(guān)設(shè)備，也可以與其他電子設(shè)備一起使用，以在低壓和高壓電路之間提供隔離。您通常會(huì)發(fā)現(xiàn)這些設(shè)備用于：

• 微處理器輸入/輸出切換

• 直流和交流電源控制

• 通訊設(shè)備保護(hù)

• 電源調(diào)節(jié)

在這些應(yīng)用程序中，您會(huì)遇到各種配置。一些例子包括：

此配置將檢測(cè)直流信號(hào)，還允許您控制交流供電設(shè)備。MOC3020非常適合控制電源連接或向另一個(gè)帶有限流電阻的光電三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)提供柵極脈沖。

（圖片來(lái)源）

此配置將允許您控制交流供電負(fù)載，例如電機(jī)和燈。它還能夠通過(guò)過(guò)零檢測(cè)在交流周期的兩半中進(jìn)行。這允許負(fù)載在切換電感負(fù)載時(shí)接收全功率，而不會(huì)出現(xiàn)任何主要的電流尖峰。

（圖片來(lái)源）

在將光耦合器添加到您的 PCB 布局之前，請(qǐng)考慮以下三個(gè)準(zhǔn)則：

• 保持光耦合器接地連接分開(kāi)

標(biāo)準(zhǔn)光耦合器包括兩個(gè)接地引腳，一個(gè)用于 LED，另一個(gè)用于光敏器件。將這兩個(gè)接地連接在一起將使您的敏感電路對(duì)來(lái)自外部接地的任何噪聲開(kāi)放。為避免這種情況，請(qǐng)始終創(chuàng)建兩個(gè)連接點(diǎn)，一個(gè)用于外部接地引腳，另一個(gè)用于輸入接地線。

• 選擇合適的限流電阻值

選擇以光耦合器最小值工作的限流電阻器會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的行為。也可以選擇提供太多電流的電阻器，這會(huì)使 LED 爆裂。選擇電阻值時(shí)，請(qǐng)務(wù)必從光耦合器數(shù)據(jù)表中的電流傳輸比圖表中找到最小正向電流值。Vishay 在此處提供了有關(guān)如何閱讀光耦合器數(shù)據(jù)表的出色指南。

• 知道你需要什么樣的光耦

并非每個(gè)光耦合器都是平等的，您需要為您的應(yīng)用選擇正確的類型。例如，如果您需要控制交流負(fù)載，則使用光雙向可控硅。Opto-Darlington 僅適用于小輸入電流。如果您只需要標(biāo)準(zhǔn)輸入隔離，那么通用PC817 光電耦合器就可以完成工作。