光耦繼電器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

光耦繼電器（Optronics Relay）屬于固態(tài)繼電器，一般電磁繼電器靠電流通過(guò)線圈使鐵芯變成有磁性的磁鐵吸合銜鐵，從而使相關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作控制負(fù)載的通斷，而光耦繼電器沒(méi)有觸點(diǎn)，其工作原理與光耦有點(diǎn)類似，基本結(jié)構(gòu)如下圖的所示：

發(fā)光二極管用來(lái)向光電元件放射光線，光電元件接受光線并控制輸出場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通或截止。光耦繼電器還有另一種可控硅整流管（SCR）輸出，它的負(fù)載電流比場(chǎng)效應(yīng)管更大，后者可達(dá)到數(shù)安培，而前者可達(dá)到幾十安培。

相對(duì)于電磁繼電器，光耦繼電器由于沒(méi)有觸點(diǎn)引起的磨損，使用壽命是無(wú)限的，同時(shí)也具有無(wú)震動(dòng)、無(wú)切換聲音等特性，與電磁繼電器一樣可控制各種負(fù)載（燈泡、發(fā)光二極管、加熱器、馬達(dá)等）。

（輸出導(dǎo)通狀態(tài)下）當(dāng)解除施加到光耦繼電器輸入端的電池時(shí)，輸入端的發(fā)光二極管將停止發(fā)光，由于光電元件不再有光線的照射，光電元件的電壓將下降，當(dāng)從光電元件供給的電壓開始下降時(shí)，通過(guò)控制電路導(dǎo)致場(chǎng)效應(yīng)管上的電荷快速放電，繼而使場(chǎng)效應(yīng)管不再導(dǎo)通，負(fù)載被斷開，燈泡不發(fā)光。

這個(gè)過(guò)程中所消耗的時(shí)間稱為復(fù)位時(shí)間toff（Turn off time）

（輸出截止?fàn)顟B(tài)下）當(dāng)電池通過(guò)限流電阻施加到光耦繼電器的輸入端時(shí)，輸入端的發(fā)光二極管將發(fā)光，發(fā)出的光照射到對(duì)面的光電元件，光電元件根據(jù)光的強(qiáng)度將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓，同時(shí)控制電路向場(chǎng)效應(yīng)管的柵極充電，當(dāng)柵極的電壓達(dá)到場(chǎng)效應(yīng)管的開啟電壓時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管開始導(dǎo)通，燈泡發(fā)光。

這個(gè)過(guò)程中消耗的時(shí)間稱為動(dòng)作時(shí)間tON（Turn on time）

由于前后兩級(jí)采用光電耦合的方式，因此輸入輸出間的絕緣電阻Riso（Isolation resistance）非常大，通常最小1000M歐姆

光耦繼電器在正常工作時(shí)的輸入部分如下圖所示：

外加電壓V經(jīng)限流電阻R后施加到發(fā)光二極管，二極管正向?qū)ê?，即在輸入回路產(chǎn)生正向電流IF（Forward current），同時(shí)在二極管兩端產(chǎn)生正向壓降VF（LED dropout voltage），調(diào)整限流電阻R即可調(diào)節(jié)正向電流，其關(guān)系為：

正向電流最大值約為幾十毫安，實(shí)際應(yīng)用時(shí)不應(yīng)超過(guò)數(shù)據(jù)手冊(cè)中的最大值，否則發(fā)光二極管的壽命將縮短，甚至損壞。

如果我們將外加電壓從小到大調(diào)節(jié)時(shí)，逐漸增大的正向電流將使發(fā)光二極管從暗變亮，當(dāng)光線大小剛剛足以使輸出導(dǎo)通時(shí)的最小電流稱為L(zhǎng)ED觸發(fā)正向電流或工作電流IFON（LED operate current）；同樣，當(dāng)光耦繼電器輸出導(dǎo)通時(shí)，將外加電壓從大到小調(diào)節(jié)，使輸出剛剛關(guān)閉時(shí)的最大電流稱為L(zhǎng)ED關(guān)斷電流IFOFF（LED turn off current）

相反地，當(dāng)輸入端的發(fā)光二極管施加反向電壓VR（LED reverse voltage），二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，理想狀態(tài)下回路中的電流為零，但實(shí)際二極管反向截止后的電阻是有限的，因此輸入回路中還是會(huì)有一定的反向泄露電流IR（reverse current）。

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，反向電壓不應(yīng)超過(guò)數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)定的最大值，否則將導(dǎo)致二極管反向被擊穿

當(dāng)輸入發(fā)光二極管的光線足以使輸出場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)，輸出回路即產(chǎn)生回路電流，通常稱之為連續(xù)負(fù)載電流IO，而把場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)的體電阻稱為輸出電阻RON（On resistance）

當(dāng)輸出場(chǎng)效應(yīng)管截止時(shí)，電池的電壓將全部加在場(chǎng)效應(yīng)管的兩端，這時(shí)允許的最大電壓稱為負(fù)載電壓VOFF，實(shí)際應(yīng)用時(shí)不應(yīng)超過(guò)最大值，否則場(chǎng)效應(yīng)管可能會(huì)被擊穿。

實(shí)際場(chǎng)效應(yīng)管在截止時(shí)呈現(xiàn)的電阻不會(huì)是無(wú)窮大的，因此也會(huì)在輸出回路產(chǎn)生一定的泄露電流ILEAK（Off state leakage current）

既然是繼電器，不可避免涉及到觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，與電磁繼電器一樣，光耦繼電器

繼電器的觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)通常有3種，即

◆ 常開觸點(diǎn)（normally open）：Form A或NO（中國(guó)代號(hào)：H）

◆ 常閉觸點(diǎn)（normally closed）：Form B或NC（中國(guó)代號(hào)：D）

◆ 轉(zhuǎn)換型觸點(diǎn)（changeover）：Form C或CO（中國(guó)代號(hào)：Z），這個(gè)觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)可以理解為單刀雙擲開關(guān)SPDT（Single-Pole Double-Throw）

相應(yīng)的符號(hào)如下圖所示：

實(shí)際的繼電器可能封裝了一個(gè)或多個(gè)通道，因此相應(yīng)的觸點(diǎn)類型也有很多，比如1a（1開）、1b（1閉）、1c、1a1b（1開1閉）等等，都是由上述3種觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)組合起來(lái)的

從上圖可以看出，F(xiàn)orm C可以看成是一個(gè)Form A與Form B的組合（一個(gè)單刀雙擲開關(guān)總是與一側(cè)相接觸，同時(shí)與另一側(cè)斷開），用光耦繼電器來(lái)組合則如下圖所示：

此時(shí)輸入電阻R的值，應(yīng)如由下式?jīng)Q定：

即輸入回路包含兩個(gè)串聯(lián)的發(fā)光二極管的正向壓降。