光耦合器和光隔離器

分辨這兩個(gè)術(shù)語的特征是隔離電壓的大小。光耦合器被用來從某個(gè)電勢向另一個(gè)電勢傳輸模擬或數(shù)字信息，同時(shí)保持低于5000V的電勢隔離。光隔離器被設(shè)計(jì)用來在系統(tǒng)間傳輸模擬或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的同時(shí)保持電力系統(tǒng)的隔離，這些電力系統(tǒng)的隔離電壓在5000～50 000V或以上。

工作原理

光耦合器和光隔離器都允許在沒有直接電氣連接的某個(gè)電子設(shè)備內(nèi)將信號(hào)和數(shù)據(jù)從一個(gè)系統(tǒng)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)系統(tǒng)。這是通過光學(xué)辦法完成的，將使用透光介質(zhì)隔離開的發(fā)射器和探測器放在單個(gè)封裝內(nèi)，然后向光接收器發(fā)射光束。這使得電路保持了完全的電氣隔離，同時(shí)信息可以從一個(gè)電勢傳輸?shù)搅硪粋€(gè)電勢。在所有的光耦合器和光隔離器中，輸入信號(hào)都被轉(zhuǎn)換成LED發(fā)出的光脈沖。這個(gè)光脈沖被傳輸?shù)揭粋€(gè)硅基的光傳感器。

圖 光耦合器的結(jié)構(gòu)會(huì)隨著應(yīng)用的不同而改變

根據(jù)要在器件內(nèi)傳輸?shù)妮斎胄盘?hào)類型的不同，光傳感器可以是模擬的或者數(shù)字的。如果某個(gè)應(yīng)用需要模擬信號(hào)，比如4～20mA，那么光傳感器可以是光電二極管或者光電晶體管。這兩類器件都提供了模擬輸出信號(hào)，可以用于許多的模擬應(yīng)用。

在那些信號(hào)量對系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)非常重要的應(yīng)用中，模擬響應(yīng)是必需的。器件以LED輸入光強(qiáng)作為參考的電流輸出量稱為電流傳輸比（CTR），它等于輸出電流除以輸入電流。根據(jù)系統(tǒng)增益的不同，CTR的取值可能在10%～5000%之間變化甚至更高。通常，CTR越小，上升和下降時(shí)間越快。

模擬器件通常需要附加電路才能被系統(tǒng)的其他部件使用。在應(yīng)用需要脈沖或者比特輸出時(shí)，數(shù)字輸出器件是最合適的。

這些器件非常容易使用，只需提供一個(gè)可靠的信號(hào)就可以直接與其他系統(tǒng)部件結(jié)合使用。只要照射到光傳感器上的光足夠強(qiáng)，輸出信號(hào)就會(huì)保持高或者低，輸出電平的高低取決于邏輯結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮的一個(gè)事項(xiàng)是在最小化傳輸延時(shí)的情況下數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸速率。大多數(shù)光隔離器/光耦合器應(yīng)用在數(shù)據(jù)率低于10Mb/s的情況，而傳輸延時(shí)可能在2～20μm的范圍內(nèi)。

光耦合器

光耦合器被特別設(shè)計(jì)為類似于雙列直插式封裝（DIP）或者表面貼裝器件（SMD）的小型封裝，這樣，它們在用光傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)只占用了最小的空間。因?yàn)楦綦x電壓電勢的定義可能通過AC，均方根或者DC值給出，所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)對其特別留意。

光隔離器

光隔離器有許多封裝類型，如長方形、圓柱形以及一些特殊形狀。這些封裝類型被設(shè)計(jì)用來提供比DIP和SMD封裝所能達(dá)到的隔離電壓更高的隔離電壓。

在使用光隔離器的時(shí)候，設(shè)計(jì)者可能需要將環(huán)境條件考慮進(jìn)來。例如，如果系統(tǒng)需要DC 50 000V的隔離，那么環(huán)境的濕度百分?jǐn)?shù)將是一個(gè)重要的考慮因素。

如果空氣的濕度太高，那么光隔離器或者PCB的表面可能會(huì)產(chǎn)生電弧，形成導(dǎo)電通路并在器件周圍形成短路。距離、溫度、大氣壓力、空氣污染的種類和程度，以及濕度，共同決定了光隔離器表面的擊穿電壓。

器件結(jié)構(gòu)

光耦合器和光隔離器有單個(gè)LED或者背靠背LED（陽極和陰極連接在一起）兩種結(jié)構(gòu)。光傳感器的結(jié)構(gòu)可以在單個(gè)光傳感器和完整的集成接收器之間變化。