光耦的作用及工作原理

1.
由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。
光耦合器是70年代发展起来产新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，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。
学习笔记：光耦的主要作用就是隔离作用，如信号隔离或光电的隔离。隔离能起到保护的作用，如一边是微处理器控制电路，另一边是高电压执行端，如市电启动的电机，电灯等等，就可以用光耦隔离开。当两个不同的型号的光耦只有负载电流不同时，可以用大的负载电流的光耦代替小负载电流的光耦。
以六脚光耦TLP641J为例，说明其原理。

一个光控晶闸管（photo-thyristor）耦合（couple to）一个砷化镓（galliumarsenide）红外发光二极管（diode）组成。左边1和2脚是发光二极管，当外加电压后，驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，以此来触发光控晶闸管。光控晶闸管的特点是门极区集成了一个光电二极管，触发信号源与主回路绝缘，它的关键是触发灵敏度要高。光控晶闸管控制极的触发电流由器件中光生载流子提。光控晶闸管阳极和阴极间加正压，门极区若用一定波长的光照射，则光控晶闸管由断态转入通态。为提高光控晶闸管触发灵敏度，门极区常采用放大门极结构或双重放大门极结构。为满足高的重加电压上升率，常采用阴极发射极短路结构。小功率光控晶闸管常应用于电隔离，为较大的晶闸管提供控制极触发；也可用于继电器、自动控制等方面。大功率光控晶闸管主要用于高压直流输电。
当1和2脚加上5V以上电源后，就能使发光管发光，驱动光控晶闸管进入通态，此时，5和4脚构成一个电阻，阻值大约为10K。当1和2不加电压时，则4和5可以看成一个无穷大的电阻。
2.
pc817是常用的线性光藕，在各种要求比较精密的功能电路中常常被当作耦合器件，具有上下级电路完全隔离的作用，相互不产生影响。

<光耦pc817应用电路图>
当输入端加电信号时，发光器发出光线，照射在受光器上，受光器接受光线后导通，产生光电流从输出端输出，从而实现了“电-光-电”的转换。
普通光电耦合器只能传输数字信号（开关信号），不适合传输模拟信号。线性光电耦合器是一种新型的光电隔离器件，能够传输连续变化的模拟电压或电流信号，这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号，从而使光敏晶体管的导通程度也不同，输出的电压或电流也随之不同。
PC817光电耦合器不但可以起到反馈作用还可以起到隔离作用。

pc817 pdf中文资料下载：
3.应用电路
光耦控制继电器电路

IGBT驱动电路中光耦和变压器隔离的具体作用是什么?
1帖  工兵 242006-09-22 09:20
希望大家能够一起讨论!回 复1帖
2帖  工兵 242006-09-22 09:27
首先我觉得主要作用有:
1、将驱动电路的控制部分和主回路隔离,避免主回路中的强电干扰控制回路中的弱电信号.
2、通过隔离,人工在线调试的时候更加安全了.
3、驱动电路的输入输出使用不同的地,利用隔离,可以避免之间的干扰.
这就是我所了解的隔离作用,希望有更多的网友能够发表自己的看法:回 复2帖
3帖  排长 1972006-09-22 11:44
你已经说得很全了,其实第二点是最重要的.因为在实际工作中,控制端子操作人员是要接触的,必须隔离,这也是安规的要 求.
另外我要指出的是,现在其实有些厂家在中小功率模块的驱动芯片选择上,也可以选用不带隔离的驱动芯片,例如IR,ST等.但是他们会在控制端子部 分加上额外的隔离措施,这也是可行的回 复3帖
4帖  团长 14632006-09-24 22:24
你还有一点没说,就是在驱动半桥电路时,上管和下管不能共地,所以要隔 离,但有时也可以用所谓的bootstrap方式来实现同一桥臂的两只IGBT的驱动.IR2110等都是采用这种方式.回 复4帖
5帖  排长 1972006-09-25 09:50
可以这样说,但是这两种 隔离的概念我觉得还是有区别的.
我说的隔离实际上说的是,即使你不加隔离,电路也能正常工作,加隔离是因为安规等原因;
你说的那个隔离只能说是电平移动,而且根据电路原理,你没有选择,必须那样做
例如像你说的ir的产品,使用它以后,你还要在电路中加格外的隔离,可以在ir驱动ic之前,也可以在主控板上;
但是如果你用的是光耦驱动,那直接就可以,不需要再做格外的措施.
真正意义上的隔离电压是很高的回 复5帖
6帖  团长 14632006-09-25 15:06
请问你所说的光耦隔离的隔离电压最高能达到多高?现在高压隔离场合多采用什么隔离方式?光还是磁?回 复6帖
7帖  排长 1972006-09-26 00:46
标准光耦的Viorm为630v,满足IEC/EN/DIN相关标准;
Vrms为3750v 1分钟,满足UL标准;
宽体的光耦相关数据更高,分别为1414v,5000Vrms 1分钟.
现在在高压上光耦隔离,磁隔离都有在用,不过光耦一般是用宽体的光耦.另外在驱动这方面主要还是用磁的,因为光耦一方面输出电流有限,另一方面隔 离电压和磁隔离还是有差距的,而且它有一个随时间不断恶化的过程回 复7帖
8帖  团长 14632006-09-26 14:23
想问一下你所说的宽体光 耦比一般的光耦是不是要贵很多呢?在与磁隔离相比较来说成本上可能是比较大的问题.但我看很多高压场合有的采用光纤的方式来隔离,比如高压变频器.它可提 高隔离电压.光耦在低压小功率场合还是采用广泛,这可能是与它体积小,应用起来比较方便有关.回 复8帖
9帖  排长 1972006-09-26 17:40
agilent的光欧宽体是HCNW开头,价格我不清楚.在高压变频器上,光纤只是用来传输驱动信号的,并不是用来驱动 功率模块的.光纤过来的信号还是要经过功率放大,通过光藕或者变压器来驱动模块.使用光纤,我的理解是主要为了抗干扰,不知道对不对?回 复9帖
10帖  排长 188六2007-09-27 08:41
对回 复10帖
11帖  排长 1972006-09-26 17:41
agilent的光欧宽体是HCNW开头,价格我不清楚.在高压变频器上,光纤只是用来传输驱动信号的,并不是用来驱动 功率模块的.光纤过来的信号还是要经过功率放大,通过光藕或者变压器来驱动模块.使用光纤,我的理解是主要为了抗干扰,不知道对不对?回 复11帖
12帖  排长 1972006-09-26 17:45
agilent的宽体光欧是HCNW开头,价格我不知道,应该不会很贵.
高压变频器上光纤主要是用来传输控制信号,包括驱动信号的,我觉得他这样用的目的主要是为了抗干扰.后级还是要加上功率放大单元回 复12帖
13帖  团长 1463九2006-09-26 23:00
抗干扰是一方面,可能隔离也是一方面,光纤可以承受更高的隔离电 压.CONCEPT有一种光纤隔离的驱动器产品,就是直接从光纤出来后的信号进行放大驱动IGBT的.http://www.igbt- driver.com/english/news/scale_hvi.shtml回 复13帖
14帖  排长 197八2006-09-27 19:47
嗯,也对
不过使用光纤产品需要光纤收发器的吧?
不知道价格如何?回 复14帖
15帖  班长 56四2007-12-10 17:48
需要AGILENT的光藕的话,请和我联 系:0755-25155089
杨先生回 复15帖
16帖  连长 278十2006-09-26 18:39

Q:391889495回 复16帖
17帖  工兵 26七2007-09-08 17:43
此帖已被删除回 复17帖
18帖  工兵 4五2007-11-26 16:43
光耦的作用主要是防止后 面的直流高电压反馈到控制回路中烧毁控制回路.隔离变压器的作用:1、起到隔离作用2、起滤波的作用;3、起变压的作用
联系方式:blessdxp@126.com回 复18帖
19帖  工兵 2三2008-04-03 10:03
此帖已被删除回 复19帖
20帖  班长 83二2009-01-03 17:01
请问在IGBT驱动电 路中用什么型号光耦合适呢?回 复20帖
21帖  营长 639一2010-01-06 17:58
请教一个关于光耦隔离的问题（附电路图）
哪位高人可以解释分析一下这个输入光藕隔离电路 呢？
问题1：为什么用两个1.5千欧的电阻，而不直接用一个3千欧的呢？
问题2：在红色方框内：两个发光二极管为什么要并联一个1.8千欧的电阻和4148二极管呢？这两个元件起什么作用呢？我觉得去掉该两个元件电路也可以运 行，可以去掉吗？
此主题相关图片如下，点击图片看大图：

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问题2:如楼主所言,去掉并接电阻和 二极管,电路也可以运行,但这是有条件的正常运行.在供电电源正负极连接正常,和输入低频率开关信号的前提下,电路可以正常工作.
反向并接1N4148的意义,在于保护光耦不承受反向电压的危害.异常情况下,外部控制电源反接时,经4148形成通路,将反向电压嵌位于0.6V左 右.4148在这里起到输入电压嵌位\消减反向电压的保护作用.反向电压输入值达一定幅度后,超过光耦输入侧发光二极管的安全工作区,有可能导致光耦的损 坏.4148是为了应对这一异常情况而设的.正常工作时,4148是"闲着不干活的".
并接1.8k电阻的作用:半导体器件的PN结,总有结电容的存在,具有对电荷存储的作用,这使得器件的工作频率变低,响应变慢.并接电阻,提供结电容的电 荷泄放通路,可以提高响应速度,在输入高速开关量信号时,才可以看出此电阻的作用,能显著提高器件的反应速度.并接电阻应该还有另一个作用,即是将输入电 路由"高阻态"变为"低阻态",消解异常噪波,提高抗干扰能力.
问题1:将两个电阻换为一个电阻,应该也没有问题,好多成品电路也都是只用一个电阻的.为何要多费劲,用两只电阻呢?可能设计者是出于这种考虑的.如控制 引线连接过长,有了电感效应,会有电压尖刺输入,两只电阻为电感补偿电阻,使回路尽量呈现阻性而不是呈现感性.另外,此两只电阻是否也有消解共模信号的作 用呢?或者本来设计者愿意将一只电阻分成两只来用,别人也管不着,倒是我们自己想复杂了!
我不是高人,分析得对不对,权作抛砖引玉,希望得到方家的指正!
2010/4/25 9:43:25 第3楼      [方案]销售点管理
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使 用三k电阻是一样的。去掉不行，稳压二极管会烧坏的。
2010/4/25 10:21:42 第4楼      [方案]美国邦纳-药瓶封盖前的瓶口检测


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感 谢您的暴强解析，理论性很强，佩服
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3 楼厉害，学习了。。。。
2010/4/25 15:48:03 第6楼      [方案]纺织车间网络化综合应用发展概述


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两 只1.5k欧姆电阻起分压作用，降低一只电阻时加在电阻两端的电压升高，对电阻的功率要求升高。
二极管的作用不再详说了，无非就是起极性保护作用，防止反向击穿两只发光二极管。
并联的1.8k欧姆的电阻起分流作用，其与两只1.5k欧姆电阻串联后分压提供电流给两只发光二极管供电，其中两只1.5k欧姆的电阻也同时起限流作用。
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