光耦的工作原理图解,双向光耦工作原理

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。

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

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。

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