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1、1光电耦合器在数字开关电源中的应用 随着开关电源技术和绿色电源的飞速发展，APFC 技术成为当前研究的 热点，电子式开关电源技术已经成熟，而且有相当多的控制方式。目前人们 正在进行数字式开关电源的研究与开发，已经有数字式带功率因数校正的开 关电源产品上市。对于数字式开关电源，隔离技术和抗干扰技术是至关重要 的，随着电子元器件的迅速发展，光电耦合器的线性度越来越高，光电耦合 器是目前在单片机和开关电源中用得最多隔离抗干扰器件。光耦合器 （optical coupler，英文缩写为 OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光 耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极 管 L
2、ED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号 时发光器发出光线，受光器接受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。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电 耦合器，由于它具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和输入 之间绝缘，单向传输信号等优点，在数字电路上获得广泛的应用。通常的光 电耦合器由于它的非线性，因此在模拟电路中的应用只限于对较高频率的小 信号的隔离传送。普通光耦合器只能传输数字（开关）信号，不适合传输模 拟信号。近年来问世的线性光耦合器能够传输连续变化的模拟电压或模拟电 流信号，使其应用领域大为拓宽。光电耦合器（简称光耦）是开关电
3、源电路中常用的器件。光电耦合器分为 两种：一种为非线性光耦，另一种为线性光耦。 常用的 4N 系列光耦属于非线性光耦 常用的线性光耦是 PC817AC 系列。 非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于弄开关信号的 传输，不适合于传输模拟量。 线性光耦的电流传输手特性曲线接进直线，并且小信号时性能较好，能 以线性特性进行隔离控制。 开关电源中常用的光耦是线性光耦。如果使用非线性光耦，有可能使振 荡波形变坏，严重时出现寄生振荡，使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的 低频振荡依次为号调制。由此产生的后果是对彩电，彩显，VCD，DCD 等 等，将在图像画面上产生干扰。同时电源带负载能力下降
4、。 在彩电，显示器等开关电源维修中如果光耦损坏，一定要用线性光耦代 换。 常用的 4 脚线性光耦有 PC817A-C。PC111 TLP521 等常用的六脚线性光 耦有：TLP632 TLP532 PC614 PC714 PS2031 等。 常用的 4N25 4N26 4N35 4N36 是不适合用于开关电源中的，因为这 4 种光 耦均属于非线性光耦2光耦合器的性能特点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，使用寿命长，传输效率高。它广泛用于电平转换、信 号隔离、级间隔离、开关电路、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器 (SSR)、仪器仪表、通信设备
5、及微机接口中。由于光电耦合器的输入阻抗与 一般干扰源的阻抗相比较小，因此分压在光电耦合器的输入端的干扰电压较 小，它所能提供的电流并不大，不易使半导体二极管发光；由于光电耦合器 的外壳是密封的，它不受外部光的影响；光电耦合器的隔离电阻很大（约 1012）、隔离电容很小（约几个 pF）所以能阻止电路性耦合产生的电磁 干扰。线性方式工作的光电耦合器是在光电耦合器的输入端加控制电压，在 输出端会成比例地产生一个用于进一步控制下一级的电路的电压。线性光电 耦合器由发光二极管和光敏三极管组成，当发光二极管接通而发光，光敏三 级管导通，光电耦合器是电流驱动型，需要足够大的电流才能使发光二极管 导通，如果输
6、入信号太小，发光二极管不会导通，其输出信号将失真。在开 关电源，尤其是数字开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路， 通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。光耦合器的技术参数主要有发光二极管正向压降 VF、正向电流 IF、电 流传输比 CTR、输入级与输出级之间的绝缘电阻、集电极-发射极反向击穿 电压 V(BR)CEO、集电极-发射极饱和压降 VCE(sat)。此外，在传输数字信 号时还需考虑上升时间、下降时间、延迟时间和存储时间等参数。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
7、。 采用一只光敏三极管的光耦合器，CTR 的范围大多为 20%300%（如 4N35），而 PC817 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。线性光耦合器与普 通光耦合器典型的 CTR-IF 特性曲线普通光耦合器的 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 (CTRIC/IF)很接近于直流电流
8、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。使用光电耦合器主要是为了提供输入电路和输出电路间的隔离，在设 计电路时，必须遵循下列原则：所选用的光电耦合器件必须符合国内和国际 的有关隔离击穿电压的标准；由英国埃索柯姆(Isocom)公司、美国摩托罗拉3公司生产的 4N系列(如 4N25 、4N26、4N35)光耦合器，目前在国内应用 地十分普遍。鉴于此类光耦合器呈现开关特性，其线性度差，适宜传输数字 信号(高、低电平)，可以用于单片机的输出隔离；所选用的光耦器件必须具 有较高的耦合系数。在开关电源的隔离中，以及设计光耦反馈式开关电源时必
9、须正确选择线 性光耦合器的型号及参数， 除了必须遵循普通光耦的选取原则外，还必须 遵循下列原则：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 CTR50%时，光耦中的 LED 就需要较大的工作电流(IF5.0mA)，才能正 常控制单片开关电源 IC 的占空比，这会增大光耦的功耗。若 CTR200%， 在启动电路或者当负载发生突变时，有可能将单片开关电源误触发，影响正 常输出。2、若用放大器电路去驱动光电耦合器，必须精心设计，保证它能够补偿耦 合器的温度不稳定性和漂移。3、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。上述使用的光电耦合器时工
10、作在线性方式下，在光电耦合器的输入端加控制 电压，在输出端会成比例地产生一个用于进一步控制下一级电路的电压，是 单片机进行闭环调节控制，对电源输出起到稳压的作用。为了彻底阻断干扰信号进入系统，不仅信号通路要隔离，而且输入或 输出电路与系统的电源也要隔离，即这些电路分别使用相互独立的隔离电源。 对于共模干扰，采用隔离技术，即利用变压器或线性光电耦合器，将输入地 与输出地断开，使干扰没有回路而被抑制。在开关电源中，光电耦合器是一 个是非重要的外围器件，设计者可以充分的利用它的输入输出隔离作用对单 片机进行抗干扰设计，并对变换器进行闭环稳压调节。什么是光耦？光耦全称是光耦合器，英文名字是：optic
11、al coupler，英文缩写为 OC， 亦称光电隔离器，简称光耦。光耦的结构是什么样的？光耦隔离就是采用光耦合器进行隔离，光耦合器的结构相当于把发光二 极管和光敏(三极)管封装在一起。为什么要使用光耦？发光二极管把输入的电信号转换为光信号传给光敏管转换为电信号输出，由 于没有直接的电气连接，这样既耦合传输了信号，又有隔离干扰的作用。光 耦爱坏吗？4只要光耦合器质量好，电路参数设计合理，一般故障少见。如果系统中出现 异常，使输入、输出两侧的电位差超过光耦合器所能承受的电压，就会使之 被击穿损坏。光耦的参数都有哪些？是什么含义？1、CTR：电流传输比 2、Isolation Voltage：隔离
12、电压 3、Collector-Emitter Voltage：集电极发射极电压CTR：发光管的电流和光敏三极管的电流比的最小值 隔离电压：发光管和光敏三极管的隔离电压的最小值 集电极发射极电压：集电极发射极之间的耐压值的最小值光耦什么时候 导通？什么时候截至？常见之高速光藕型号常见之高速光藕型号zt经查大量资料后，总结出目前市场上常见之高速光藕型号供大家选择： 100K bit/S: 6N138、6N139、PS8703 1M bit/S: 6N135、6N136、CNW135、CNW136、PS8601、PS8602、PS8701、PS 9613、PS9713、CNW4502、HCPL-25
13、03、HCPL-4502、HCPL-2530（双 路）、HCPL-2531（双路） 10M bit/S: 6N137、PS9614、PS9714、PS9611、PS9715、HCPL-2601、HCPL- 2611、HCPL-2630（双路）、HCPL2631（双路） 另外，台湾 COSMO 公司的 KP7010 在 RL 选值为 300 欧左右时，我根据其 数据手册所载数值计算，速率可达 100Kbit/S，且为 6 脚封装，比同级的 6N138、6N139 小巧，价格也较低。CTR 的定义光耦合器的增益被称为晶体管输出器件的电流传输比 (CTR)，其定义是光电 晶体管集电极电流与 LED
14、正向电流的比率(ICE/IF)。光电晶体管集电极电流 与 VCE 有关，即集电极和发射极之间的电压。可控硅型光耦还有一种光耦是可控硅型光耦。 例如：moc3063、IL420； 它们的主要指标是负载能力； 例如：moc3063 的负载能力是 100mA；IL420 是 300mA；5光耦的部分型号产品名称 型号规格 性能说明 光电耦合 4N25 晶体管输出 4N25MC 晶体管输出 4N26 晶体管输出 4N27 晶体管输出 4N28 晶体管输出 4N29 达林顿输出 4N30 达林顿输出 4N31 达林顿输出 4N32 达林顿输出 4N33 达林顿输出 4N33MC 达林顿输出 4N35 达
15、林顿输出 4N36 晶体管输出 4N37 晶体管输出 4N38 晶体管输出 4N39 可控硅输出 6N135 高速光耦晶体管输出 6N136 高速光耦晶体管输出 6N137 高速光耦晶体管输出 6N138 达林顿输出 6N139 达林顿输出 MOC3020 可控硅驱动输出 MOC3021 可控硅驱动输出 MOC3023 可控硅驱动输出 MOC3030 可控硅驱动输出 MOC3040 过零触发可控硅输出 MOC3041 过零触发可控硅输出 MOC3061 过零触发可控硅输出 MOC3081 过零触发可控硅输出 TLP521-1 单光耦 TLP521-2 双光耦 TLP521-4 四光耦 TLP621 四光耦 TIL113 达林顿输出 6TIL117 TTL 逻辑输出 PC814 单光耦 PC817 单光耦 H11A2 晶体管输出 H11D1 高压晶体管输出 H11G2 电阻达林顿输出
