關(guān)于光耦的核心應(yīng)用

電器應(yīng)用中常用的隔離器件有光耦、繼電器、變壓器。

光耦屬于流控型元件，以光為媒介傳輸信號：電→光→電，輸入端是發(fā)光二極管，輸出端是光敏半導(dǎo)體。光耦的核心應(yīng)用是隔離作用，常用于輸入與輸出之間無共地的系統(tǒng)。所以輸入與輸出之間的耐壓可達上千伏特。

很多通訊模塊也是光耦隔離的，更容易實現(xiàn)各個系統(tǒng)之間的連接，完全不用考慮是否共地。

如圖1為光耦控制繼電器（小功率），為使光耦能有效驅(qū)動繼電器，那么輸出端的阻抗應(yīng)較小，所以輸入端的電流應(yīng)較大，具體原因見下面分析。

圖1：光耦控制繼電器

如圖2為開關(guān)信號經(jīng)過光耦隔離輸入至單片機，圖中24V與3.3V不是共地的，且在控制系統(tǒng)中數(shù)字電壓3.3V驅(qū)動能力有限，所以通常用開關(guān)電源的24V或12V作為開關(guān)信號的電源。

圖2：輸入輸出隔離

以上兩種普通的應(yīng)用看似簡單，但要正確使用光耦，就必須掌握光耦的輸入和輸出到底是什么關(guān)系？

光耦分為線性光耦和非線性光耦，實際常規(guī)應(yīng)用中線性光耦較多，因為線性光耦可以替代非線性光耦，現(xiàn)在以線性光耦（PS2561A）做以下實驗，換種角度了解TA的魅力。

如圖3所示，調(diào)節(jié)光耦輸入電流IF，測量輸出的CE阻抗。

圖3：輸入電流IF與輸出CE阻抗關(guān)系實驗


左邊為輸入電流IF，右邊為輸出CE阻抗

如圖4所示，光耦輸入與輸出的限流電阻都是1k，且輸入電壓都相同，于是調(diào)節(jié)穩(wěn)壓源的電壓值，可以得到光耦輸入電流IF與輸出電流IC的關(guān)系。

圖4：輸入電流IF與輸出電流IC的關(guān)系實驗


左邊為輸入電流IF，右邊為輸出電流IC

如圖5得到的實驗數(shù)據(jù)，輸出電流IC與輸入電流IF曲線趨勢基本一致，CE阻抗小于1k左右呈線性變化。且最低阻抗大于100Ω。

圖5：實驗數(shù)據(jù)

所以使用線性光耦傳遞開關(guān)信號時，需要合理匹配輸入電阻的大小，圖1中輸入電阻360Ω，光耦輸入正向壓降1V左右，所輸入電流IC為(5-1)/360≈11mA，光耦輸出CE阻抗200Ω多點，而繼電器HFD2線圈阻抗2880Ω，此時可正常驅(qū)動繼電器，若IC電流變小，則CE阻抗變大后會導(dǎo)致不能正常驅(qū)動繼電器。

線性光耦主要用于模擬信號的傳遞，輸出相當于一個可變電阻。在開關(guān)電源中很常見，利用光藕做反饋，把高壓和低壓隔離。常用的有PC817、PS2561、PS2801。如前面例子也常用于開關(guān)信號。

圖7為圖6中開關(guān)電源內(nèi)部的線性光耦，開關(guān)電源的輸出電壓經(jīng)過線性光耦隔離并反饋到控制芯片達到實時調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。

圖6：光耦在開關(guān)電源中的應(yīng)用


圖7：開關(guān)電源內(nèi)部的光耦

非線性光耦主要用于開關(guān)信號（或數(shù)字信號）的傳遞，常用的4N系列的有4N25、4N26以及TIL117；另外還有高速光耦，如6N136、6N137、PS9714、PS9715等。多用于通訊隔離以及PWM波控制（可有效降低電磁干擾），判斷是不是高速光耦，看數(shù)據(jù)手冊是否注明 High speed（1Mbps、10Mbps）。

要點

①光耦的核心應(yīng)用是隔離作用；
②相同電壓下線性光耦輸入電阻與輸出電阻相同時，輸出電流IC基本與輸入電流IF一致；即使輸入與輸出電壓不同，也可以匹配輸出與輸入的電阻來實現(xiàn)；
③用于開關(guān)信號線性光耦和非線性光耦都可以，反過來線性光耦電路中不能用非線性光耦代替。
④非線性光耦要比線性光耦響應(yīng)速度快，類似于比較器比運算放大器響應(yīng)速度快一樣。