光耦合器IC：應用和組件選擇

2021-04-28

光耦合器IC：應用和組件選擇

對于新設計人員來說，光耦合器聽起來可能與電子設備無關，但是它們是在不同電路模塊之間提供隔離的重要設備。光耦合器IC集成了像簡單開關一樣工作的光學元件。它們很容易帶入不同的電路，并且很好地在以不同電壓運行的電路塊之間提供了隔離。它們也是用于不同電路塊之間的反饋環路的理想選擇，尤其是在需要隔離的地方。一些光耦合器還被設計為提供高數據速率的開關。這里有一些光耦合器IC的選項，您可以將它們快速導入下一個電氣或電光系統。

什么是光耦合器？

很簡單，光耦合器將紅外LED與光電檢測器（通常是光電晶體管）集成在一起，就像光開關一樣。當LED接收到輸入信號時，LED點亮并將光子提供給光電晶體管的基極。然后，這將打開光電晶體管，使電流流過連接的電路。LED可能以與內部光電晶體管不同的電平運行，從而允許在這兩個信號電平之間進行某種隔離。這是在不使用放大器的情況下將低壓信號傳導到高壓電路塊中的一種方法。

因為這些組件是廉價的光學元件，所以它們很好地提供了不同電路塊之間的電隔離，而又不會在不同電路塊之間傳導某些形式的EMI。這并不是說它們是解決所有噪聲問題的靈丹妙藥，但是它們提供的隔離確實隔離了不同電壓的系統，這具有抑制來自系統兩個部分的接地環路噪聲的良好好處。NPN或PNP光電晶體管可在光耦合器IC中找到。

光耦合器IC的類型

除了光電晶體管之外，光耦合器還可以使用其他開關元件。以下是在電子市場上可以找到的其他類型的光耦合器IC：

三端雙向可控硅：具有三端雙向可控硅作為檢測器的光耦合器IC用于要求高輸出電壓/電流的系統中。它們的響應速度較慢，最適合需要大電流輸出的高壓直流系統。

可控硅整流器（SCR）：這些光耦合器還提供高增益，類似于三端雙向可控硅開關元件。但是，它們的速度也很慢，也最適合用于中等電壓/電流的DC系統。

光電二極管：在需要快速切換的系統中，帶有光電二極管作為檢測器的光耦合器是常見的。當通過數字脈沖流或AC信號切換LED時，可以使用這些組件。與典型的光電晶體管IC相比，光電二極管將提供非常低的輸出到輸入電流傳輸比。

達林頓對光電晶體管：這些光電耦合器還因其高增益而有用，并且具有最高的輸出到輸入電流傳輸比。

光電電阻器：由于它們仍在OFF狀態下導通，因此不太常用。它們的輸出到輸入電流傳輸比也很低。

重要的光耦合器IC規格

您可能會先從研究光耦合器IC的安裝方式開始；它們以通孔DIP封裝或表面貼裝組件的形式提供。但是，選擇光耦合器IC時，應檢查一些重要的規格：

LED正向電壓和觸發電流。這告訴您如何為輸入LED供電以確保其點亮并提供所需的開關行為。在設計為用方波或PWM信號進行開關的光耦合器中，觸發開關所需的正向峰值電流取決于處于ON狀態的信號的脈沖寬度。較短的脈沖需要較大的峰值信號電流來強制觸發。

輸出與輸入電流之比。這告訴您光耦合器兩端之間的電流傳輸。請注意，這取決于光電晶體管光耦合器的絕對最大集電極-發射極電壓。

正向電壓與正向電流的關系曲線。該規范與標準LED的含義相同，但不要與觸發電流混淆。

溫度變化。這些規范對于電源系統非常重要，因為它們在運行過程中可能會達到高溫。

安全等級和IEC / UL認證。如果要為電源系統或在交流電源附近的高壓環境中進行數據傳輸而設計，則IEC 60747-5-2是要注意的一項重要標準，以確?？梢猿惺芨咚矐B電壓。您需要遵循安全和絕緣準則，以確保符合安全標準。

數據速率或開關速度。盡管也可以指定切換速度或頻率，但打算用于數據網絡的組件通常會指定最大數據速率。

這是一些可以在直流系統和低數據速率應用中使用的光耦合器IC示例。

安森美半導體（FODM611）

安森美半導體的FODM611光耦合器IC是單通道光耦合器，額定數據速率高達10 Mbps（NRZ，傳播延遲100 ns）。該器件輸出5 V電壓，同時具有高共模瞬變抗擾性，使其非常適合工業網絡（CAN，RS485和DeviceNet系統）或低速汽車系統。開關由連接至緩沖器的光電二極管觸發（請參見下文）。

功能原理圖和真值表。

博通HCPL-7723-300E

Broadcom的HCPL-7723-300E設計用于更高的數據速率（50 MBaud，最大2 ns PWD）。它具有集成的CMOS LED驅動器，其中輸入信號觸發驅動器。檢測器部分由光電二極管，高速跨阻放大器和帶輸出驅動器的電壓比較器組成。

功能原理圖和真值表，來自HCPL-7723-300E數據表。

瑞薩（Renesas），PS2802-4

瑞薩（Renesas）的PS2802-4四通道光電耦合器使用達林頓對光電晶體管提供2至20的高輸出電流比（最高40 V額定集電極-發射極額定電壓）。該組件并行提供4個通道，使其在要求各種電壓之間隔離的電源管理系統中很有用。該組件中的暗電流低至400 nA，因此在高功率系統中，開關事件之間浪費的功率很小。該組件也可作為單通道變體提供（PS2802-1，請參見下文）。

來自PS2802-4數據表的四通道和單通道型號。