本文主要是關(guān)于光耦的相關(guān)介紹，并著重對(duì)光耦的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了詳盡的闡述。
光耦
光耦合器（opticalcoupler equipment，英文縮寫(xiě)為OCEP）亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡(jiǎn)稱光耦。它是以光為媒介來(lái)傳輸電信號(hào)的器件，通常把發(fā)光器（紅外線發(fā)光二極管LED）與受光器（光敏半導(dǎo)體管）封裝在同一管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線之后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)了“電—光—電”轉(zhuǎn)換。以光為媒介把輸入端信號(hào)耦合到輸出端的光電耦合器，由于它具有體積小、壽命長(zhǎng)、無(wú)觸點(diǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，輸出和輸入之間絕緣，單向傳輸信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字電路上獲得廣泛的應(yīng)用。
典型應(yīng)用
用作固體繼電器
采用光電耦合器作固體繼電器具有體積小、耦合密切、驅(qū)動(dòng)功率小、動(dòng)作速度快、工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。圖3所示是一個(gè)光電耦合器用作固體繼電器的實(shí)際電路圖，它的左半部分電路可用于將輸入的電信號(hào)Vi變成光電耦合器內(nèi)發(fā)光二極管發(fā)光的光信號(hào)；而右半部分電路則通過(guò)光電耦合器內(nèi)的光敏三極管再將光信號(hào)還原成電信號(hào)，所以這是一種非常好的電光與光電聯(lián)合轉(zhuǎn)換器件。光電耦合器的電流傳輸比為20%，耐壓為150V，驅(qū)動(dòng)電流在8～20mA之間。在實(shí)際使用中，由于它沒(méi)有一般電磁繼電器常見(jiàn)的實(shí)際接點(diǎn)，因此不存在接觸不良和燃弧打火等現(xiàn)象，也不會(huì)因受外力或機(jī)械沖擊而引起誤動(dòng)作。所以，它的性能比較可靠，工作十分穩(wěn)定。
在電話保安裝置中應(yīng)用
為了防止電話線路被并機(jī)竊用或電話機(jī)被盜用通話，可以利用光電耦合器來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的電話保安電路，由VD1～VD4組成極性轉(zhuǎn)換電路。由于在將本保安器接入電話線路中時(shí)，不需要分清電話線路反饋電壓的極性，因此，使用該保安器可以給安裝帶來(lái)很大的方便。
代替音頻變壓器
在線性電路中，兩級(jí)放大器之間常用音頻變壓器作耦合。這種耦合的缺點(diǎn)是會(huì)在變壓器鐵芯片中損耗掉一部分功率，并可能造成某些失真。而如果選用光電耦合器來(lái)代替音頻變壓器就可以克服上述這些缺點(diǎn)。當(dāng)輸入信號(hào)Vi經(jīng)三極管BG1、BG2前級(jí)放大之后，驅(qū)動(dòng)光電耦合器左邊的LED發(fā)光，并被右邊的光敏管全部吸收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)后級(jí)電路BG3放大，并由該管的發(fā)射極通過(guò)電容器C3后輸出一個(gè)不失真的放大信號(hào)V0。由于該電路將前后兩級(jí)放大器之間完全隔離，因而杜絕了地環(huán)路可能引起的干擾。同時(shí)由于該電路還具有消噪功能，因此避免了信號(hào)的失真。整個(gè)電路的總增益可望達(dá)到20dB以上，帶寬約120kHz。
在邏輯電路上的應(yīng)用
光電耦合器可以構(gòu)成各種邏輯電路，由于光電耦合器的抗干擾性能和隔離性能比晶體管好，因此，由它構(gòu)成的邏輯電路更可靠。
作為固體開(kāi)關(guān)應(yīng)用
在開(kāi)關(guān)電路中，往往要求控制電路和開(kāi)關(guān)之間要有很好的電隔離，對(duì)于一般的電子開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)是很難做到的，但用光電耦合器卻很容易實(shí)現(xiàn)。
在觸發(fā)電路上的應(yīng)用
將光電耦合器用于雙穩(wěn)態(tài)輸出電路，由于可以把發(fā)光二極管分別串入兩管發(fā)射極回路，可有效地解決輸出與負(fù)載隔離地問(wèn)題。
脈沖放大電路中的應(yīng)用
光電耦合器應(yīng)用于數(shù)字電路，可以將脈沖信號(hào)進(jìn)行放大。
在線性電路上的應(yīng)用
線性光電耦合器應(yīng)用于線性電路中，具有較高地線性度以及優(yōu)良地電隔離性能。
特殊場(chǎng)合的應(yīng)用
光電耦合器還可應(yīng)用于高壓控制，取代變壓器，代替觸點(diǎn)繼電器以及用于A/D電路等多種場(chǎng)合。
220v接光耦驅(qū)動(dòng)繼電器原理圖
注：
1U1-1腳可接12V，也可接5V，1U1導(dǎo)通，1Q1導(dǎo)通，1Q1-3=0V，線圈兩端電壓為11.7V.
1U1-1腳不接或接地，1U1不通，1Q1截止，1Q1-3=11.9V，線圈兩端電壓為0V。
注：
“DYD_CPU_OUT”連接LPC2367，輸出高低電平，高電平，1U4不通，1Q7不通，UCE=12V，1Q7-3=12V，線圈兩端電壓為0V。
DYD_CPU_OUT”為低電平，1U4導(dǎo)通，U43=1V，U3=11V，UCE=0V，1Q1-3=0V，線圈兩端電壓為11.7V。 以上兩圖是低電平使能。
這兩種適用于CPU初始化時(shí)，GPIO口為高電平的情況，否則初始化會(huì)造成誤動(dòng)作。
“DYD_CPU_OUT”連接LPC2367，輸出高低電平，低電平，1U4不通，1Q7不通，UCE=12V，1Q7-3=12V，線圈兩端電壓為0V。
“DYD_CPU_OUT”為高電平，1U4導(dǎo)通，U43=1V，U3=11V，UCE=0V，1Q1-3=0V，線圈兩端電壓為11.7V。 此圖是高電平使能。繼電器的常閉觸點(diǎn)接負(fù)載。
第2和第3圖中的1R16換成510歐，1R7換成1K，否則會(huì)有上電瞬間，高電平干擾。尤其是第3圖，高電平使能。
光耦驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用
光耦在電路中的主要作用就是實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換、實(shí)現(xiàn)隔離，避免輸入、輸出之間發(fā)生互相干擾的情況。在不同的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)過(guò)程中，光耦的作用也是有所不同，與TL431結(jié)合使用，是開(kāi)關(guān)電源業(yè)界減少控制成本最好的方法。
一、光耦的基本參數(shù)
圖 1中的光耦內(nèi)部結(jié)構(gòu)由基本的三部分組成：發(fā)光二級(jí)管、透光絕緣層、光電三極管。通過(guò)發(fā)光二極管發(fā)光，穿透絕緣層到光電轉(zhuǎn)換三極管，實(shí)現(xiàn)電流的傳輸、隔離特性。
從圖 1可以看出，光耦的主要參數(shù)有：
1、 電流傳輸比CTR：，發(fā)光管的電流和光敏三極管的電流比的最小值。
2、 絕緣耐壓（透光絕緣層）：指光耦保護(hù)相關(guān)電路及自身免受高壓導(dǎo)致的物理?yè)p壞能力。
3、 LED的驅(qū)動(dòng)電流IF：采用高效率的LED和高增益的接收放大器，可以降低驅(qū)動(dòng)電流的IF，同時(shí)較小的IF電流可以降低系統(tǒng)的功耗，并且降低LED的衰減，提供系統(tǒng)長(zhǎng)期的可靠性。
4、 共模抑制比VCM：指在每微秒光耦能容許的最大共模電壓上升、下降率。這個(gè)參數(shù)主要在工業(yè)電機(jī)應(yīng)用中至關(guān)重要。例如電機(jī)的啟動(dòng)或者制動(dòng)過(guò)程中都會(huì)帶來(lái)極大的共模噪聲。
二、光耦在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用
光耦的特點(diǎn)：具有信號(hào)單向傳輸性，從而實(shí)現(xiàn)輸入端與輸出端的電氣隔離，即：輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響，具有抗干擾能力強(qiáng)、工作特性穩(wěn)定、高可靠性、傳輸效率高等優(yōu)點(diǎn)，通常被應(yīng)用與開(kāi)關(guān)電源控制回路中。
光耦在開(kāi)關(guān)電源中的典型應(yīng)用原理：從輸出端采樣，獲取誤差信號(hào)，然后把信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換、隔離傳輸?shù)捷斎攵?a target="_blank">IC的PWM控制器，通過(guò)調(diào)節(jié)PWM占空比的大小，實(shí)現(xiàn)高精度穩(wěn)壓輸出。
光耦與TL431的組合使用，構(gòu)成最簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)電源控制回路（反饋回路），實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出，如圖 2所示，Vs為輸出電壓Vo分壓后的提供給TL431誤差放大器反相端的采樣型號(hào)，該采樣信號(hào)Vs通過(guò)光耦二極管、TL431、電阻R1轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)IF，然后傳輸?shù)焦怦钶敵龆耍纬烧`差信號(hào)Vea，與PWM控制器的三角波Vt進(jìn)行比較，得到矩形脈沖（具有一定占空比的PWM信號(hào)Vb），然后調(diào)節(jié)功率級(jí)器件的導(dǎo)通、截止時(shí)間，達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。
三、光耦與TL431構(gòu)成的反饋環(huán)路
反饋環(huán)路的穩(wěn)定性對(duì)開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)是非常重要的，如果沒(méi)有足夠的相位余量和增益余量，電源的動(dòng)態(tài)特性就會(huì)變差或直接導(dǎo)致輸出振蕩，使產(chǎn)品損壞或者縮短使用壽命。
在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源控制回路時(shí)，要充分考慮反饋環(huán)路的穩(wěn)定性，使其具有負(fù)反饋特性：為了使產(chǎn)品能工作在最?lèi)毫拥那闆r時(shí)，仍保持穩(wěn)定，理論至少需要45°的相位余量。
圖 2紅框的器件要素就構(gòu)成一個(gè)具有2型補(bǔ)償?shù)姆答伃h(huán)路。TL431是開(kāi)關(guān)電源次級(jí)反饋?zhàn)畛Ｓ玫幕鶞?zhǔn)和誤差放大器件，其供電方式不同對(duì)它的傳遞函數(shù)有很大的影響。在研發(fā)設(shè)計(jì)階段，工程師一般都會(huì)借助環(huán)路測(cè)試儀器，調(diào)試環(huán)路的穩(wěn)定性，縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性。
四、光耦的選擇要點(diǎn)
光耦在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用主要是提供初級(jí)輸入與次級(jí)輸出間的電氣隔離、與TL431組合的反饋控制環(huán)路，所以在電路設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵循下列原則：
1、 根據(jù)產(chǎn)品輸入、輸出間的隔離耐壓，選擇符合國(guó)內(nèi)、國(guó)際相關(guān)隔離擊穿電壓標(biāo)準(zhǔn)的光耦;
2、 電流傳輸比（CTR）的理想范圍是50%～200%。這是因?yàn)楫?dāng)CTR過(guò)小時(shí)，光耦中的LED需要較大的工作電流，這會(huì)增大光耦的功耗;當(dāng)CTR過(guò)大時(shí)，在電路啟動(dòng)或者負(fù)載突變時(shí)，有可能影響正常輸出;
3、 優(yōu)先選擇線性光耦，因?yàn)镃TR值在一定的范圍內(nèi)，具有較好的線性調(diào)整。
結(jié)語(yǔ)
關(guān)于光耦驅(qū)動(dòng)電路的相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。