光耦合器：其類(lèi)型和在DC/AC電路中的各種應(yīng)用

介紹
光耦合器是一種在兩個(gè)隔離電路之間傳輸電信號(hào)的電子元件。光耦合器也稱(chēng)為光隔離器、光電耦合器或光隔離器。
光耦合器通常用于電路，尤其是低電壓或高噪聲敏感電路，用于隔離電路，以防止電氣碰撞機(jī)會(huì)或排除不需要的噪聲。在目前的商業(yè)市場(chǎng)上，我們可以購(gòu)買(mǎi)具有10kV至20kV輸入到輸出耐壓能力的光耦合器，規(guī)格為25kV/uS電壓瞬變。

光耦合器

這是光耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在左側(cè)引腳1和引腳2上裸露，它是一個(gè)LED（發(fā)光二極管），LED向右側(cè)的光敏晶體管發(fā)射紅外光。光電晶體管通過(guò)其集電極和發(fā)射極切換輸出電路，與典型的BJT晶體管相同。LED的強(qiáng)度直接控制光電晶體管。

由于LED可以由不同的電路控制，而光電晶體管可以控制不同的電路，因此兩個(gè)獨(dú)立的電路可以由光耦合器控制。此外，在光電晶體管和紅外LED之間，空間是透明和非導(dǎo)電材料;它對(duì)兩個(gè)不同的電路進(jìn)行電氣隔離。LED和光電晶體管之間的中空空間可以使用玻璃，空氣或透明塑料制成，電氣隔離度要高得多，通常為10kV或更高。

光耦合器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

光耦合器的類(lèi)型

市場(chǎng)上有許多不同類(lèi)型的光耦合器，具體取決于其需求和開(kāi)關(guān)能力。根據(jù)用途的不同，主要有四種類(lèi)型的光耦合器可供選擇。

1.使用光電晶體管的光耦合器。

2.使用光電達(dá)林頓晶體管的光耦合器。

3.使用光電TRIAC的光耦合器。

4.使用光片SCR的光耦合器。

光電晶體管光耦合器

在上圖中，內(nèi)部結(jié)構(gòu)顯示在光電晶體管光耦合器內(nèi)部。晶體管類(lèi)型可以是任何東西，無(wú)論是PNP還是NPN。

光電晶體管可以分為兩種類(lèi)型，具體取決于輸出引腳的可用性。在左邊的第二個(gè)圖像上，有一個(gè)額外的引腳輸出，它與晶體管的基極內(nèi)部連接。該引腳6用于控制光電晶體管的靈敏度。通常，引腳用于使用高阻值電阻器與地或負(fù)極連接。在這種配置中，可以有效控制由噪聲或電氣瞬變引起的誤觸發(fā)。

此外，在使用基于光電晶體管的光耦合器之前，用戶(hù)必須知道晶體管的最大額定值。PC816、PC817、LTV817、K847PH是少數(shù)廣泛使用的基于光電晶體管的光耦合器。照片–基于晶體管的光耦合器用于直流電路相關(guān)隔離。

光電達(dá)林頓晶體管光耦合器

在上圖中有兩種類(lèi)型的符號(hào)，顯示了基于Photo-Darlington的光耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

達(dá)林頓晶體管是兩個(gè)晶體管對(duì)，其中一個(gè)晶體管控制另一個(gè)晶體管基極。在這種配置中，達(dá)林頓晶體管提供高增益能力。像往常一樣，LED發(fā)射紅外LED并控制這對(duì)晶體管的基極。

這種類(lèi)型的光耦合器也用于直流電路相關(guān)領(lǐng)域的隔離。內(nèi)部連接到晶體管基極的第6個(gè)引腳，用于控制晶體管的靈敏度，如前面的光電晶體管描述中所述。4N32、4N33、H21B1、H21B2、H21B3是少數(shù)基于達(dá)林頓光耦合器的例子。

光電可控硅光耦合器

在上圖中顯示了內(nèi)部結(jié)構(gòu)或基于TRIAC的光耦合器。

可控硅主要用于需要交流控制或開(kāi)關(guān)的地方。LED可以使用直流電進(jìn)行控制，而可控硅則用于控制交流電。這是一個(gè)三端雙向可控硅應(yīng)用程序?；诠怆娍煽毓璧墓怦詈掀魇纠↖L420，4N35等是基于可控硅的光耦合器。

基于光電可控硅的光耦合器

SCR代表可控硅整流器，SCR也稱(chēng)為晶閘管。在上圖中，顯示了基于Photo-SCR的光耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。與其他光耦合器一樣，LED發(fā)射紅外線(xiàn)。SCR由LED的強(qiáng)度控制?；诠怆奡CR的光耦合器，用于交流相關(guān)電路。

基于光電SCR的光耦合器的幾個(gè)例子是：-MOC3071，IL400，MOC3072等。

光耦合器的應(yīng)用

如前所述，很少有光耦合器用于直流電路，很少有光耦合器用于交流相關(guān)操作。由于光耦合器不允許兩側(cè)之間直接電氣連接，因此光耦合器的主要應(yīng)用是隔離兩個(gè)電路。

從開(kāi)關(guān)其他應(yīng)用，就像晶體管可用于開(kāi)關(guān)應(yīng)用一樣，可以使用光耦合器。它可用于各種微控制器相關(guān)操作，其中需要來(lái)自高壓電路的數(shù)字脈沖或模擬信息，光耦合器可用于在兩者之間實(shí)現(xiàn)出色的隔離。

光耦合器可用于交流檢測(cè)、直流控制相關(guān)操作。讓我們看看光電晶體管的幾個(gè)應(yīng)用。

用于開(kāi)關(guān)直流電路的光耦合器：

在上部電路中使用基于光電晶體管的光耦合器電路。它將像典型的晶體管開(kāi)關(guān)一樣工作。在原理圖中，使用了基于光電晶體管的低成本光耦合器PC817。紅外線(xiàn)LED將由S1開(kāi)關(guān)控制。當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，9V電池電源將通過(guò)限流電阻10k向LED提供電流。強(qiáng)度由R1電阻控制。如果我們改變值并使電阻降低，LED的強(qiáng)度將很高，從而使晶體管增益很高。

另一方面，晶體管是由內(nèi)部紅外LED控制的光電晶體管，當(dāng)LED發(fā)出紅外光時(shí)，光電晶體管將接觸，VOUT將為0，關(guān)閉連接在其上的負(fù)載。需要記住的是，根據(jù)數(shù)據(jù)表，晶體管的集電極電流為50mA。R2提供VOUT5v。R2為上拉電阻。

您可以在下面的視頻中看到使用光耦合器切換LED...

在這種配置中，基于光電晶體管的光耦合器可以與微控制器一起使用，以檢測(cè)脈沖或中斷。

用于檢測(cè)交流電壓的光耦合器：

圖中顯示了另一個(gè)電路來(lái)檢測(cè)交流電壓。紅外LED由兩個(gè)100k電阻控制。使用兩個(gè)100k電阻而不是一個(gè)200k電阻器是為了在短路相關(guān)條件下提供額外的安全性。LED連接在墻上插座線(xiàn)（L）和中性線(xiàn)（N）上。當(dāng)按下S1時(shí)，LED開(kāi)始發(fā)出紅外線(xiàn)。光電晶體管發(fā)出響應(yīng)并將VOUT從5V轉(zhuǎn)換為0V。

在這種配置中，光耦合器可以連接在低壓電路上，例如需要交流電壓檢測(cè)的微控制器單元。輸出將產(chǎn)生方高到低脈沖。

到目前為止，第一個(gè)電路用于控制或切換直流電路，第二個(gè)電路用于檢測(cè)交流電路并控制或切換直流電路。接下來(lái)，我們將看到使用直流電路控制交流電路。

用于使用直流電壓控制交流電路的光耦合器：

在上電路中，LED再次由9V電池通過(guò)10k電阻和開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行控制。另一方面，使用基于光電可控硅的光耦合器，該耦合器從220V交流插座控制交流燈。68R電阻用于控制BT136可控硅，由光耦合器單元內(nèi)的光電可控硅控制。

這種類(lèi)型的配置用于控制使用低壓電路的電器。IL420用于上部原理圖，這是一個(gè)基于光電可控硅的光耦合器。

除此類(lèi)電路外，SMPS中還可以使用光耦合器向初級(jí)側(cè)發(fā)送次級(jí)側(cè)短路或過(guò)流情況信息。