光耦在電力電子通信、傳統(tǒng)工業(yè)中有著非常廣泛的應用

2020年5月12日，工業(yè)和信息化部組織制定的GB 18384-2020《電動汽車安全要求》、GB 38032-2020《電動客車安全要求》和GB 38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》三項強制性國家標準由國家市場監(jiān)督管理總局、國家標準化管理委員會批準發(fā)布，將于2021年1月1日起開始實施??。標志著電動汽車市場的進一步規(guī)范化。

電動汽車的組成包括：電力驅動及控制系統(tǒng)、驅動力傳動等機械系統(tǒng)、完成既定任務的工作裝置等。電力驅動及控制系統(tǒng)由驅動電動機、電源和電動機的調速控制裝置等組成。電動汽車內部存在電池管理、空調和牽引逆變器等各種子系統(tǒng)，工作條件不一，對功率器件及其驅動要求不盡相同。同時，與電動汽車配套的充電樁有交流/直流之分，充電功率/速度也不相同。

在電動汽車中，牽引逆變器、CAN總線接口、信號傳感、暖通空調（HVAC）和電源管理系統(tǒng)等等部分都會廣泛用到光耦，來進行隔離通信、驅動以及反饋。運用到IGBT、隔離放大電路的地方，一般都有光耦大展身手的機會。如圖一，為光耦應用于驅動電源。

大電路的地方，一般都有光耦大展身手的機會。如圖一，為光耦應用于驅動電源。在電動汽車使用的充電樁方面，直流快速充電站包括交流輸入、DC/DC轉換（包括電池對接）、功率因數(shù)校正（FPC）電感等，電能轉換和傳輸過程當中，需要對晶體管的柵極進行電流檢測和電壓檢測并進行信號通信，也是光耦的潛在應用。隨著電動汽車的規(guī)范逐漸完善與提升，對于光耦器件的要求也更明確，即工作頻率要快，驅動電流要大。

大電路的地方，一般都有光耦大展身手的機會。如圖一，為光耦應用于驅動電源。在電動汽車使用的充電樁方面，直流快速充電站包括交流輸入、DC/DC轉換（包括電池對接）、功率因數(shù)校正（FPC）電感等，電能轉換和傳輸過程當中，需要對晶體管的柵極進行電流檢測和電壓檢測并進行信號通信，也是光耦的潛在應用。隨著電動汽車的規(guī)范逐漸完善與提升，對于光耦器件的要求也更明確，即工作頻率要快，驅動電流要大。

此外，光耦在電力電子通信、傳統(tǒng)工業(yè)中應用非常廣泛。電子系統(tǒng)需要解決：高壓安全性、在具備相對較高接地電位差的子系統(tǒng)之間進行有效通訊、保證信號靈敏度等問題。光耦可以完美的解決這些問題，可于絕緣閘上耦合電子數(shù)據(jù)或控制訊號，因此能在傳輸訊號的同時阻擋噪=噪聲并保護設備和操作人員免受高壓影響。因此，自70年代以來，光耦廣泛用于各種電路中。在電氣絕緣、電平轉換、級間耦合、驅動電路、開關電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設備及微機接口等電路中。作為基礎電子元器件，光耦廣泛應用于工業(yè)設備，因其眾多市場需求，需求數(shù)量龐大，光耦占據(jù)了隔離器市場的絕大部分，甚至在高性能市場(數(shù)據(jù)速率至少為1Mbps的隔離器產(chǎn)品和閘極驅動器等特定產(chǎn)品)也是如此。隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對于光耦的要求逐步向著高集成度（通道數(shù)；受絕緣要求限制）、LED上的突破（開發(fā)活化層在下、向下發(fā)光的LED，從而減小體積）方面靠攏。

光電耦合器（OC）亦稱光電隔離器或光耦合器，簡稱光耦，是一種以光作為媒介、把輸入端的電信號耦合到輸出端去的新型半導體“電—光—電”轉換器件。如圖二所示，為其基礎原理示意。

輸入的電信號驅動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。實現(xiàn)單向傳輸功能，并能夠有效隔離噪聲、抑制干擾，實現(xiàn)輸入與輸出之間的電絕緣。這種信號傳遞方式是所有采用變壓器和電磁繼電器作隔離來進行信號傳遞的一般解決方案所不能相比的。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大提高計算機工作的可靠性。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。

光電耦合器大體分為兩種：一種為非線性光耦，另一種為線性光耦。

通常的光耦由于它的非線性，因此在模擬電路中的應用只限于對較高頻率的小信號的隔離傳送。普通光耦合器只能傳輸數(shù)字（開關）信號，不適合傳輸模擬信號。線性光耦能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或模擬電流信號，使其應用領域大為拓寬。

非線性光耦電流傳輸特性曲線是非線性的，適合于開關信號的傳輸，不適合于傳輸模擬量，用于開關電源中有可能使振蕩波形變壞，嚴重時出現(xiàn)寄生振蕩。

線性光耦的電流傳輸特性曲線接近直線，并且小信號時性能較好，能以線性特性進行隔離控制。線性光耦的隔離原理與普通光耦沒有差別，只是將普通光耦的單發(fā)單收模式稍加改變，增加一個用于反饋的光接受電路用于反饋。這樣，雖然兩個光接受電路都是非線性的，但兩個光接受電路的非線性特性都是一樣的。這樣，就可以通過反饋通路的非線性來抵消直通通路的非線性，從而達到實現(xiàn)線性隔離的目的。

如圖三所示，其中1與2引作為隔離信號的輸入，3與4引腳用于反饋，5與6引腳用于輸出。1與2引腳之間的電流記作If，3與4引腳之間，5與6引腳之間的電流分別記作IPD1和IPD2。輸入信號經(jīng)過電壓-電流轉化，電壓的變化體現(xiàn)在電流If上，IPD1和IPD2基本與If成線性關系，線性系數(shù)分別記為K1和K2。K1= IPD1 / If ? K2= IPD2 / If 。K3=K2/K1，設計外圍電路時，根據(jù)需要達到的目標，確定外圍電阻，由外部電路和K3實現(xiàn)隔離放大的目標。

線性光耦器件又分為兩種：無反饋型和反饋型；

1.無反饋型線性光耦器件實際上是在生產(chǎn)工藝和器件的材料和上采取措施使得光耦器件的輸入輸出特性的非線性得到改善。但由于發(fā)光二極管和光電三極管的固有特性，改善十分有限。這種光耦器件主要用于對線性區(qū)的范圍要求不大的情況，例如應用在開關電源的電壓隔離反饋電路中。由于開關電源在正常工作時的電壓調整率不大，通過對反饋電路參數(shù)的適當選擇，就可以使光耦器件工作在線性區(qū)。但由于這種光耦器件只是在有限的范圍內線性度較高，所以不適合使用在對測試精度以及范圍要求較高的場合。在開關電源電路中實際調試時發(fā)現(xiàn)線性光耦很容易工作在非線性的情況，主要是因為無反饋型線性光耦線性區(qū)較窄。

2.另一種線性光耦是反饋型器件。其作用原理是將普通光耦的單發(fā)單收模式稍加改變，增加一個用于反饋的光接受電路用于反饋。這樣雖然兩個光接受電路都是非線性的，但兩個光接受電路的非線性特性都是一樣的，這樣，就可以通過反饋通路的非線性來抵消直通通路的非線性，從而達到實現(xiàn)線性隔離的目的。

光耦按光路徑分，可分為外光路光電耦合器（又稱光電斷續(xù)檢測器）和內光路光電耦合器。外光路光電耦合器又分為透過型和反射型光電耦合器

光耦按輸出形式分，可分為：

1、光敏器件輸出型，包括光敏二極管輸出型，光敏三極管輸出型，光電池輸出型，光可控硅輸出型等。

2、NPN三極管輸出型，其中包括交流輸入型，直流輸入型，互補輸出型等。

3、達林頓三極管輸出型，其中包括交流輸入型，直流輸入型。

4、邏輯門電路輸出型，包括門電路輸出型，施密特觸發(fā)輸出型，三態(tài)門電路輸出型等。

5、低導通輸出型（輸出低電平毫伏數(shù)量級）。

6、光開關輸出型（導通電阻小于10Ω）。

7、功率輸出型（IGBT/MOSFET等輸出）。

8、光敏電阻型（通過光，控制輸出電阻，?輸出電阻可以雙向， 可以交流）。

ISOCOM 提供一個完整而全面的光耦合器系列，適合所有一般應用。根據(jù)輸出類型，ISOCOM具有以下類型光耦。

√?光敏器件/達林頓輸出型: 單通道-?4pin?6pin 雙通道–8 pin, 四通道–16 pin, （對稱 光開關）

√?光可控硅輸出型?

√?施密特觸發(fā)輸出型

√?IGBT / MOSFET 驅動型光耦?

√?高速光耦：單雙通道 1 Mbps, 10Mbps,高速達林頓光耦

ISOCOM具有的光耦類型齊全，在如今應用越來越廣泛的高速光耦方面，ISOCOM也有不錯的建樹。

高速光耦響應速度快，它的結構是光敏二極管+放大驅動電路，普通光耦的結構是光敏三極管（+放大驅動電路）。光敏二極管的響應速度是納秒級，光敏三極管的響應速度是微秒級。普通光耦工作在線性區(qū)，受限于截至頻率Fc，達到??百KHZ需要滿足一定的條件。ISOCOM 有1M bps光耦，10Mbps光耦，以及高速達林頓光耦。

高速光耦具有可單向傳遞信息、通頻帶寬、寄生反饋小、消噪能力強、抗電磁干擾性能好等特點，因而無論在數(shù)字電路還是在模擬電路中均得到了越來越廣泛的應用，并且還具有有體積小、耦合密切、驅動功率小、動作速度快、工作溫度范圍寬等優(yōu)點。具備強穩(wěn)的抗噪聲能力、高彈性的供電電壓運作范圍以及多種小巧的封裝選擇，并具備高共模拒斥和短傳播延遲，提供強穩(wěn)有效率的運作，可減少 PCB 板的空間，應用于 AC 和 DC 無刷馬達驅動器、工業(yè)變頻器、空調機等。因其短傳播延遲，可提供快速開關速度，進而降低停滯時間并提高移動的效率和精密度，高速光耦極大的拓展了光電耦合器在數(shù)字信號處理中的應用。

ISOCOM是一家領先的高性能紅外光電子器件制造商，專門從事光耦合器和光電開關的研發(fā)。所有流行的行業(yè)標準光耦類型（包括許其他制造不再提供的光耦）ISOCOM都有，ISOCOM提供一個完整而全面的光耦合器系列。

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