光耦的隔离电压（隔离器件---光耦的概念）

什么是光耦？

当信号从输入侧传输至输出侧时，光耦是一种即使在电气隔离状态下也能在电路之间传输信号的器件。在光耦内部，通过使用发光器件将电输入信号一次转换为光信号，然后使用光电检测器件将光信号转换为电信号之后再将其输出。在FA、OA以及家用电子设备中，不同的直流和交流电源系统均安装在同一块电路板中，信号在这些系统之间传输。如果直接连接这些系统，操作时可能会出现安全问题。通过使用光耦，即使在这种情况下，也可在电气隔离状态下传输信号。

为何需要光耦？

1.连接具有不同接地电位的电路

例如，当信号在使用交流线路电源的电路与电话电路之间交换时，由于其接地电位不同，因此无法将其连接至公共接地点。光耦用于将信号传输至具有不同接地电位的电路。

2.防止共模噪声的影响

例如，如欲使用基于微弱信号运行的微处理器控制大负载（例如，电机和螺线管），由这类负载产生的大共模噪声可能会通过地线严重影响微处理器的运行。这种情况下，使用具有电气分隔功能的光耦可预防误动作。

3.人身安全

家用电子产品由交流电源线供电，必须确保安全，以防止人体直接接触交流电源线。每个国家均制定了产品必须遵循的安全标准。为实现电气隔离（例如，预防电击），可将光耦用作符合安全标准的元器件。

可使用哪些类型的光耦？

光耦是由在内部组合在一起的输入侧的LED和输出侧的光电检测器组成的产品。光耦产品会因输出侧光电检测器的类型而有所不同。光耦产品的主要类型包括晶体管输出光耦、IC输出光耦、双向可控硅输出光耦和MOSFET输出光耦（称为“光继电器”）。此外，光耦的功能包括信号隔离、反馈检测、预驱电路和隔离开关功能。

1.晶体管输出光耦／晶体管耦合器

当光耦首次面市时，当时可用的只有这个类型。由于其成本低并且高通用性，这类产品仍是市场上使用最多、应用范围较广的一种产品。一些产品具有高传输比、高击穿电压和低输入驱动等特性。从功能上看，晶体管输出光耦广泛用于信号隔离、反馈检测和隔离开关。

2.IC输出光耦／IC耦合器

IC输出光耦是通过集成光电检测器件以实现高速和功能整合的一款光耦。晶体管输出型光耦可传输至少几个kHz至几十个kHz的信号，而该光耦可传输大约1至50MHz的高速信号。大致有三个产品组：1）用于逻辑信号传输的通用产品组；2）具有作为功率器件（IGBT）的预驱IC功能的产品组；3）具有电流／电压反馈功能的产品组。

3.双向可控硅输出光耦／双向可控硅耦合器

这类光耦通常用作隔离开关，用于控制直接连接家庭、办公室和工厂等场所使用的100Vrms或200Vrms商用电源的交流负载（例如，电机和螺线管）。使用具有较高击穿电压的双向可控硅元件，在实施电气隔离的同时，可采用约12mA的低电流执行开关控制。一个器件只能控制约100mA的交流电流。但将此光耦用作主双向可控硅的预驱IC，即可控制高达数安培的交流电流。

4.MOSFET输出光耦／光继电器

此光耦在输出阶段有两个连接共源极的MOSFET，并且具有与机械式继电器或引线式继电器相同的功能。由于MOSFET的电压电流特性具有线性输出特性，因此该器件的独特之处在于其不仅可用作简易开关，而且还可开关模拟信号。

晶体管输出

IC输出

双向可控硅输出

MOSFET输出（光继电器）

光耦的内部结构如何？

对于光耦，封装内部的结构也会根据所需的隔离性能、封装尺寸和内部芯片尺寸等条件而相应变化。

1.单模面对面型

装有LED的框架和装有光电检测器的框架面对面（透射）并模制成型。硅树脂用作LED与光电检测器之间的光传输部分。

2.单模面对面型（带有聚酰亚胺薄膜）

为增加输入与输出之间的隔离电压，在LED与光电检测器之间插入聚酰亚胺薄膜。

3.双模面对面型

此光耦采用面对面式结构，内部为白色模制成型部分，外部为黑色模制成型部分。光传输部分的白色模具材质为具有高红外光透射率的树脂。

4.反射型

此光耦的结构为在同一平面上装有LED的框架以及装有光电检测器的框架。称为“反射式”是因为在硅树脂内部反射的LED光到达光电检测器。

①机体②窗口③检测器④LED⑤薄膜

面对面型单模

面对面型带薄膜的单模

面对面型双模

反射型

可向输入侧LED施加多少伏的电压？

原则上，可通过向输入侧LED施加等于或大于电压VF的正向电压来操作光耦。这种情况下，虽然电源电压有一定程度的灵活性，但必须使用限流电阻器使输入正向电流IF保持在绝对最大额定值以下。在反方向上，必须在输入反向电压VR的指定范围内使用光耦。

例如：晶体管输出光耦TLP185示例（SE）

备注：脉冲宽度≦100㎲，频率＝100㎐

对于LED电流、输出电流和输出电压等项目，可否以在短时间内超过绝对最大额定值指定的值的方式使用光耦？

绝对不能超过绝对最大额定值；必须预防这种状况。请注意，在某些产品中还为输入正向电流（脉冲）指定了绝对最大额定值。在任何情况下，电路设计必须保证能同时使各种特性保持在其绝对最大额定值以下。

例如：晶体管输出光耦TLP185示例（SE）

备注：脉冲宽度≦100μs，频率＝100Hz

光耦和光继电器等光隔离器件的特定参数、传输比（CTR）、LED触发电流和输入电流阈值是多少？

对于晶体管输出光耦，当LED电流IF传递至输入侧时，集电极电流IC在输出侧流动。Ic与IF的传输比称为电流传输比（CTR），并由以下公式定义：CTR＝（IC／IF）×100（%）与晶体管的hFE一样，电流传输比是晶体管输出光耦的一个重要参数。

然而，对于IC输出光耦、光继电器和双向可控硅输出光耦，输入电流IF的电流阈值反转为输出状态以便在输出侧工作，将其定义为输入电流阈值；而对于光继电器和双向可控硅输出光耦，该值被定义为LED触发电流。当使用以上任何一种光耦和光继电器时，必须针对驱动LED电流设置一个等于或大于数据表中写入的“输入电流阈值（最大值）”或“LED触发电流（最大值）”的数值。

对于在设计设备时集成了LED器件的光耦和光继电器，应考虑以下事项：LED寿命或光电检测器寿命？

在光耦中，主要影响为LED（而非光电检测器）会随着时间的推移而出现老化。随着LED发光的时间增加，LED的光输出劣化。因此，利用在用LED随时间劣化的相关数据，可估计光输出下降率。在设计电路时，根据要使用设备的使用环境以及总的发光时间来计算光输出的变化率，并反映在LED初始正向电流（IF）的初始值中。

光耦是一种隔离器件。什么是介电强度，这表明其绝缘能力？

介电强度是定义输入与输出之间的介电耐压量的一个电压。对于适用于光耦的组件标准，美国的UL标准和德国的VDE标准对测量输入-输出绝缘性能的测试方法和验收标准的定义完全不同。

光耦需要满足哪些安全标准？

当光耦作为“隔离”手段安装在设备中以确保安全（例如，防止人体遭电击）时，光耦可能会受到安全标准的限制。包括用于确保安全的标准和准则在内，与电力相关的各类项目均已标准化。安全标准分为适用于最终产品的设备标准以及适用于单个光耦的元器件标准。

每个国家都有基于国际电工委员会（IEC）标准制定的自有安全标准。典型的标准包括美国的UL标准、德国的VDE标准和英国的BSI标准。适用于光耦的美国UL标准和德国VDE标准对测量输入-输出绝缘性能的测试方法和验收标准有完全不同的定义。

• UL：该测试使用介电强度测试法，通过施加高压时是否发生介电击穿来判断绝缘性能。
• VDE：该测试使用局部放电测试法，通过检查局部电晕放电产生的电荷是否不超过5pC来判断绝缘性能。

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