光耦合器IC：应用(yòng)和组件选择

2021-04-28

光耦合器IC：应用(yòng)和组件选择

对于新(xīn)设计人员来说，光耦合器听起来可(kě)能(néng)与電(diàn)子设备无关，但是它们是在不同電(diàn)路模块之间提供隔离的重要设备。光耦合器IC集成了像简单开关一样工作的光學(xué)元件。它们很(hěn)容易带入不同的電(diàn)路，并且很(hěn)好地在以不同電(diàn)压运行的電(diàn)路块之间提供了隔离。它们也是用(yòng)于不同電(diàn)路块之间的反馈环路的理(lǐ)想选择，尤其是在需要隔离的地方。一些光耦合器还被设计為(wèi)提供高数据速率的开关。这里有(yǒu)一些光耦合器IC的选项，您可(kě)以将它们快速导入下一个電(diàn)气或電(diàn)光系统。

什么是光耦合器？

很(hěn)简单，光耦合器将红外LED与光電(diàn)检测器（通常是光電(diàn)晶體(tǐ)管）集成在一起，就像光开关一样。当LED接收到输入信号时，LED点亮并将光子提供给光電(diàn)晶體(tǐ)管的基极。然后，这将打开光電(diàn)晶體(tǐ)管，使電(diàn)流流过连接的電(diàn)路。LED可(kě)能(néng)以与内部光電(diàn)晶體(tǐ)管不同的電(diàn)平运行，从而允许在这两个信号電(diàn)平之间进行某种隔离。这是在不使用(yòng)放大器的情况下将低压信号传导到高压電(diàn)路块中的一种方法。

因為(wèi)这些组件是廉价的光學(xué)元件，所以它们很(hěn)好地提供了不同電(diàn)路块之间的電(diàn)隔离，而又(yòu)不会在不同電(diàn)路块之间传导某些形式的EMI。这并不是说它们是解决所有(yǒu)噪声问题的灵丹妙药，但是它们提供的隔离确实隔离了不同電(diàn)压的系统，这具有(yǒu)抑制来自系统两个部分(fēn)的接地环路噪声的良好好处。NPN或PNP光電(diàn)晶體(tǐ)管可(kě)在光耦合器IC中找到。

光耦合器IC的类型

除了光電(diàn)晶體(tǐ)管之外，光耦合器还可(kě)以使用(yòng)其他(tā)开关元件。以下是在電(diàn)子市场上可(kě)以找到的其他(tā)类型的光耦合器IC：

三端双向可(kě)控硅：具有(yǒu)三端双向可(kě)控硅作為(wèi)检测器的光耦合器IC用(yòng)于要求高输出電(diàn)压/電(diàn)流的系统中。它们的响应速度较慢，最适合需要大電(diàn)流输出的高压直流系统。

可(kě)控硅整流器（SCR）：这些光耦合器还提供高增益，类似于三端双向可(kě)控硅开关元件。但是，它们的速度也很(hěn)慢，也最适合用(yòng)于中等電(diàn)压/電(diàn)流的DC系统。

光電(diàn)二极管：在需要快速切换的系统中，带有(yǒu)光電(diàn)二极管作為(wèi)检测器的光耦合器是常见的。当通过数字脉冲流或AC信号切换LED时，可(kě)以使用(yòng)这些组件。与典型的光電(diàn)晶體(tǐ)管IC相比，光電(diàn)二极管将提供非常低的输出到输入電(diàn)流传输比。

达林顿对光電(diàn)晶體(tǐ)管：这些光電(diàn)耦合器还因其高增益而有(yǒu)用(yòng)，并且具有(yǒu)最高的输出到输入電(diàn)流传输比。

光電(diàn)電(diàn)阻器：由于它们仍在OFF状态下导通，因此不太常用(yòng)。它们的输出到输入電(diàn)流传输比也很(hěn)低。

重要的光耦合器IC规格

您可(kě)能(néng)会先从研究光耦合器IC的安装方式开始；它们以通孔DIP封装或表面贴装组件的形式提供。但是，选择光耦合器IC时，应检查一些重要的规格：

LED正向電(diàn)压和触发電(diàn)流。这告诉您如何為(wèi)输入LED供電(diàn)以确保其点亮并提供所需的开关行為(wèi)。在设计為(wèi)用(yòng)方波或PWM信号进行开关的光耦合器中，触发开关所需的正向峰值電(diàn)流取决于处于ON状态的信号的脉冲宽度。较短的脉冲需要较大的峰值信号電(diàn)流来强制触发。

输出与输入電(diàn)流之比。这告诉您光耦合器两端之间的電(diàn)流传输。请注意，这取决于光電(diàn)晶體(tǐ)管光耦合器的绝对最大集電(diàn)极-发射极電(diàn)压。

正向電(diàn)压与正向電(diàn)流的关系曲線(xiàn)。该规范与标准LED的含义相同，但不要与触发電(diàn)流混淆。

温度变化。这些规范对于電(diàn)源系统非常重要，因為(wèi)它们在运行过程中可(kě)能(néng)会达到高温。

安全等级和IEC / UL认证。如果要為(wèi)電(diàn)源系统或在交流電(diàn)源附近的高压环境中进行数据传输而设计，则IEC 60747-5-2是要注意的一项重要标准，以确保可(kě)以承受高瞬态電(diàn)压。您需要遵循安全和绝缘准则，以确保符合安全标准。

数据速率或开关速度。尽管也可(kě)以指定切换速度或频率，但打算用(yòng)于数据网络的组件通常会指定最大数据速率。

这是一些可(kě)以在直流系统和低数据速率应用(yòng)中使用(yòng)的光耦合器IC示例。

安森美半导體(tǐ)（FODM611）

安森美半导體(tǐ)的FODM611光耦合器IC是单通道光耦合器，额定数据速率高达10 Mbps（NRZ，传播延迟100 ns）。该器件输出5 V電(diàn)压，同时具有(yǒu)高共模瞬变抗扰性，使其非常适合工业网络（CAN，RS485和DeviceNet系统）或低速汽車(chē)系统。开关由连接至缓冲器的光電(diàn)二极管触发（请参见下文(wén)）。

功能(néng)原理(lǐ)图和真值表。

博通HCPL-7723-300E

Broadcom的HCPL-7723-300E设计用(yòng)于更高的数据速率（50 MBaud，最大2 ns PWD）。它具有(yǒu)集成的CMOS LED驱动器，其中输入信号触发驱动器。检测器部分(fēn)由光電(diàn)二极管，高速跨阻放大器和带输出驱动器的電(diàn)压比较器组成。

功能(néng)原理(lǐ)图和真值表，来自HCPL-7723-300E数据表。

瑞萨（Renesas），PS2802-4

瑞萨（Renesas）的PS2802-4四通道光電(diàn)耦合器使用(yòng)达林顿对光電(diàn)晶體(tǐ)管提供2至20的高输出電(diàn)流比（最高40 V额定集電(diàn)极-发射极额定電(diàn)压）。该组件并行提供4个通道，使其在要求各种電(diàn)压之间隔离的電(diàn)源管理(lǐ)系统中很(hěn)有(yǒu)用(yòng)。该组件中的暗電(diàn)流低至400 nA，因此在高功率系统中，开关事件之间浪费的功率很(hěn)小(xiǎo)。该组件也可(kě)作為(wèi)单通道变體(tǐ)提供（PS2802-1，请参见下文(wén)）。

来自PS2802-4数据表的四通道和单通道型号。