光電隔離應(yīng)用設(shè)計(jì)電路圖

光電隔離介紹

光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(LED)，使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。

這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。

圖1.光電隔離器工作原理

由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。

光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)

信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。光耦合器是70年代發(fā)展起來(lái)產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開(kāi)關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離 、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開(kāi)關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過(guò)調(diào)節(jié)控制端電流來(lái)改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。

光電隔離電路的作用

是在電隔離的情況下，以光為媒介傳送信號(hào)，對(duì)輸入和輸出電路可以進(jìn)行隔離，因而能有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾，有響應(yīng)速度較快、壽命長(zhǎng)、體積小耐沖擊等好處，使其在強(qiáng)-弱電接口，特別是在微機(jī)系統(tǒng)的前向和后向通道中獲得廣泛應(yīng)用。

圖2. 光電隔離器應(yīng)用

電壓、電流、溫度、壓力、應(yīng)力及流量等測(cè)量是工業(yè)及過(guò)程控制應(yīng)用中的重要組成部分。此類應(yīng)用環(huán)境常會(huì)涉及危險(xiǎn)級(jí)電壓、瞬態(tài)信號(hào)、共模電壓及不穩(wěn)定地電位，可能會(huì)損壞測(cè)量系統(tǒng)，降低測(cè)量精度。為了克服以上缺陷，工業(yè)應(yīng)用中的測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)加入電氣隔離。本白皮書(shū)集中討論模擬測(cè)量中的隔離，解答隔離應(yīng)用中的常見(jiàn)問(wèn)題，還將涉及不同隔離方式的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)隔離的方法

隔離要求信號(hào)通過(guò)隔離阻障傳輸，不能有直接電氣連接。常用的非接觸式信號(hào)傳輸器件有發(fā)光二極管(LED)、電容、電感等。此類器件的基本原理即是最常見(jiàn)的三種隔離技術(shù)：光電、電容、及電感耦合。LED能在通電時(shí)發(fā)光。光電隔離利用LED與光電探測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)隔離阻障，通過(guò)光來(lái)傳輸信號(hào)。

光電隔離電路

光電探測(cè)設(shè)備接受LED發(fā)出的光信號(hào)，再將其轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)。光電隔離是最常用的隔離方法。使用光電隔離的優(yōu)勢(shì)是能夠避免電氣與磁場(chǎng)噪聲。而缺點(diǎn)則是傳輸速度受限于LED的轉(zhuǎn)換速度、高功率散射及LED磨損。