光电耦合器

2024-06-27

光电耦合器（精选五篇）

光电耦合器篇1

东芝公司推出用于伺服电机和可编程逻辑控制器的高速光电耦合器“TLP2391”, 该光电耦合器适用于正和负LED电流。可编程逻辑控制器应用接受以下两种不同极性输入中的一种:漏型逻辑输入和源型逻辑输入。通过结合两个反向平行的LED, “TLP2391”同时支持漏型逻辑和源型逻辑, 因而无需使用桥接电路。该产品支持10Mbps高速通信———这一速度达到其他东芝双输入光电耦合器1的两倍, 可应用于工业应用的通信接口。该集成电路的2.3m A低输入电流驱动 (@VCC=3.3V) 和1m A低供电电流有助于节能。

应用

可编程逻辑控制器、伺服电机和工业自动化设备。

光电耦合器及其应用电路(2) 篇2

各种不同结构的光耦可满足输入、输出隔离；输入与输出共地或不共地；输入、输出是直流或交流，使用极为灵活，因此应用极为广泛，这里介绍一些典型应用电路。

1．隔离线性放大器电路如果将输入的交流信号调制成与信号电压成比例的调制电流，则经光耦后再经放大可实现隔离线性放大，电路如图1所示。

由+5V电压及限流电阻（R1及RP）给发光二极管一个偏置电流IFO （一般IFO取得大一点，约10mA），交流信号电压经C1、R2后加在发光二极管上，叠加在IFO上形成调制电流。经光耦后输出调制的光电流，在R3上产生一个与输入电压成比例的调制电压，此电压经C2隔直，交流成分则经放大器放大输出。

这里要指出的是经光耦的电-光及光-电转换，线性度不是很高。为了减小失真，偏置的电流IFO要大，信号电压产生的调制电流的峰值电流不超过5mA，可使输出电压失真较小。这种光电隔离放大器比隔离放大器要便宜得多。另外，光电三极管的地用表示（说明与输入电压不共地）。

采用PS2701有较好的线性度，输入信号的频率可在音频范围。

2．市电监测电路图2是一种市电监测电路，当停电时报警。采用TLP126光耦经限流电阻直接与市电220V连接，使光耦的发光二极管发光，光电三极管导通，使10kΩ电阻上的电压接近Vdd（光电三极管的饱和管压降小于0.5V），外接功率MOSFET（VT）的-VGS＜1V，则VT截止，报警电路不工作。3.3μF电容是用来稳定VT栅极的电压，防止交流电压过零使栅极电压变化太大而产生误动作。

市电停电时，发光二极管无电流，光电三极管截止，VT 的-VGS=9V，VT导通，报警电路工作。

Si9400是P沟道功率MOSFET，其主要参数是VDS=-20V，在VGS =-10V时RDS(ON)=0.25Ω，ID=±2.5A。8管脚SO封装，管脚排列如图3所示，使用时，四个D要焊在一起，两个S要焊在一起以便于散热。

3．防盗报警器电路一种用抽屉被撬防盗报警器电路如图4所示。它由光遮断器、遮断片及有关电路组成。光遮断器是一种光电传感器，它由红外发光二极管及光电三极管及黑色塑料外壳组成，其剖面如图4左边所示，其外形如图4右边所示。

其工作原理与光耦完全相同，区别仅仅是它由遮断片来阻挡光路使光电三极管截止；当遮断片后移，发光二极管的红外光照到光电三极管，光电三极管导通。

光遮断器安装在抽屉的底部，遮断片装在抽屉上，如图5所示。要使防盗报警器工作，接通Vcc（+5V）及Vdd（+9V）。抽屉未被撬时，遮断片遮住光路，光电三极管截止，VT无ID，VT也截止，光耦（TLP169G）的发光二极管无电流，光触发双向可控硅截止，报警电路不工作。

当小偷撬开抽屉，拉出抽屉时，遮断片退后，光遮断器光路通，光电三极管导通，VT相继导通，光耦中的发光二极管工作，光触发双向可控硅导通，报警器电路工作。

这个电路的特点是，一旦报警器工作，即使将抽屉关上，遮光片遮断光路，但双向可控仍然导通，报警电路仍一直报警，即使小偷发现光遮断器，将它破坏，但报警电路还工作。按一下开关K断开Vdd才能使报警电路不工作。

这里VCC的地与Vdd的地不共地，图中用两种地的符号表示。

由于光遮断器有多种型号，要求发光二极管的工作电流IF各不相同，必要时要调整R1的大小，使其满足IF的要求。

TLP160G的输出部分光触可控硅的最大工作电流在25℃时可达100mA（随着温度增加而减小）。若报警电路工作电流大于80mA，最好外接VT2，如图6所示。

4．交流固态继电器电路

TLP160G光耦用得最广的是用作交流固态继电器。它可以与外接双向可控硅作简单连接来驱动市电供电的各种负载。其电路如图7所示。输入三极管VT的基极的控制信号为高电平时，VT导通，红外发光二极管也导通（VCC 经RIN、红外发光二极管、经VT的C、E极到地），光触发双向可控硅导通；这使外接功率较大的三端双向可控硅导通，负载RL得电。其工作原理相当于图8中的控制开关：K闭合，双向可控硅导通；K断开，双向可控硅截止。

如果将虚线框内的电路做成一个单独的模块，它就是一个交流固态继电器。图7的电路适合于电阻性负载，若是电感性负载，电路中增加一个RC，如图9所示。

这种交流固态继电器有一个缺点，它的双向可控硅不是在交流电过零时触发导通，其结果是正弦波不完整，这瞬间会产生对电网的干扰。外接三端双向可控硅耐压要大于400V，工作电流应大于负载最大电流。

5．过零触发交流固态继电器电路

低功耗15Mbps光电耦合器篇3

东芝的低功耗15Mbps光电耦合

器TLP2361 (左) 和TLP2161 (右)

这些产品融合了东芝的原始红外线LED。该LED的高输出和可靠性可确保低输入电流工作, 并使阈值输入电流较同类产品1降低大约54%。这种LED在高环境温度下拥有稳定输出, 可确保能够在最高达125摄氏度的环境下工作 (行业内的最高工作等级2) 。通过采用Bi-CMOS工艺, 每通道电源电流降至1m A (最大值) , 这使得“T LP2361”和“TLP2161”的总电源电流分别降低大约66%和60%。

“TLP2361”拥有小型SO6封装, 实现了5mm (最小值) 的间隙和爬电距离, 并符合增强的海外安全标准 (EN60747-5-5) 绝缘3等级。“TLP2161”在SO8封装中融合了两个电路, 使安装面积与两台“TLP2361”相比减少了大约40%, 并推动了应用精简和印刷电路板成本下降。

应用

用于PLC和控制设备的FA网络、I/O接口板和高速数字接口。

主要特点

1、使用Bi CMOS工艺, 降低了电源电流, TLP2361:1.0m A (最大值) (与同等产品相比降低大约66%) , TLP2161:2.0m A (最大值) (与同等产品相比降低大约60%) ;

2、降低阈值输入电流, 1.6m A (最大值) (与同等产品相比降低大约54%) ;

3、支持低电压工作, 保证的工作电压:2.7-5.5V;

反射式光电耦合器速度测试技术研究篇4

干扰技术分为有源干扰和无源干扰两种。应用电子战光电对抗无源干扰技术的无源干扰弹, 因为其可制造性好、经济、战术应用机动性强、效费比高等特点在国内外倍受重视。而对干扰弹炮口初速的大小是判断其对抗雷达能力的重要指标之一。

干扰弹炮口实际初速测速方法有多种, 当前应用的测速方法主要是通断靶测速法, 但这种传统的方法有如下难以克服的缺点: (1) 这种测速线圈相对比较脆弱易损, 炮管之间的间隙小, 不易于焊接。 (2) 炮管较多, 每个炮管上要焊接一组通断靶, 布置线圈靶要较长的时间, 因此给实施工人安装带来了很大的工作量, 消耗人力和时间都很多。 (3) 实际测试中9个炮管的速度很难同时全部测得, 给校验带来极大困难[2,3,4,5]。另外, 在干扰弹的发射过程中, 存在很大的烟雾, 这就决定了这些测速方法不适于用于该种测试场合。因此, 研究一种操作简单、精度高、抗烟雾干扰性强的测量设备, 具有重要的实际意义和应用价值。本文在综合考虑现场的试验环境的基础上, 提出了一种基于光电耦合器的干扰弹速度测试方法, 可实现对干扰弹速度的多次高精度测试。该测试设备响应速度快、抗烟雾干扰性强、使用方便。

1 总体方案及工作原理

光电耦合器是集发射器和接收器于一体的传感器, 其有两路光信号, 分别用来发射光线和接收光线。将光电耦合器固定在炮筒上, 当干扰弹飞过炮筒时, 发射光线照射到干扰弹的表面, 在该表面发生反射, 反射光的一部分被光电耦合器中的探测器接收, 产生光电流, 因其强度与检测距离和被检测物体的表面反射率有关, 产生变化的电信号。即可测出干扰弹飞过光电耦合器的时间t, 而已知干扰弹的长度为l, 就可利用公式v=l/t计算出速度v。其结构如图1所示。

2 光电耦合器的工作原理及驱动电路

2.1 工作原理

根据系统的设计要求, 选用的光电耦合器是三极管输出型光电耦合器SPI-315-05, 内部结构如图2所示。SPI-315-05是属于漫反射式光电耦合器[6,7,8], 它是一种可用于无接触测量的传感器。它将一只发光二极管和一只达林顿管置于同一端面上, 并且彼此间用透明绝缘体隔离, 且前方没有反光板。正常情况下发光二极管发出的光, 达林顿管接收不到;当有物体靠近探头时, 由发光管射出的光束被反射到达林顿管的受光面, 光电耦合器被响应, 输出信号产生逻辑翻转, 例如输出由低电平跳变至高电平。

SPI-315-05的主要性能参数有:发光二极管正向压降为1 V;正向电流为50 mA;集电极-发射极反向击穿电压为20 V;集电极-发射极饱和压降1.2 V;响应速度为100 μs。其伏安特性曲线如图3所示。

2.2 驱动电路

在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光, 光的强度取决于激励电流的大小。光电耦合器的驱动电路如图4所示。其中, 1、2端为发射端, 由发光二极管构成;3、4端是由一只达林顿管构成接收端, 当发光管的光信号被达林顿管接收后, 在达林顿管集电极中便有电流输出。在正常情况下发光器发出的光, 达林顿管是收不到的;当弹体通过时一部分光被反射回来, 接收端 (达林顿管) 就收到光信号, 输出一个电信号。

2.3 光电耦合器响应时间的测定

该系统中的光敏三极管的响应速度, 可以用该探测器对理想阶跃光激励响应的上升时间来测试, 但理想的阶跃光激励很难产生。因此, 设计了一种测量光电探测器响应速度的试验装置。

该装置是将一高功率激光器固定在转台上, 光电耦合器安装在一固定装置上, 通过转台的旋转, 使得激光器发出的光束在固定的时间间隔内照射到光电耦合器的光敏三极管上, 产生光电流, 在电阻器R两端产生压降, 便可利用记忆示波器来探测光敏管的响应速度。理论上, 它取决于光敏三级管的结电容和电阻值, 所以电阻R值应适当取小, 才能真正反映出光敏管的响应情况。实验结果显示响应时间小于5.6 μs。因此, 该光电耦合器的响应速度能够满足系统设计的要求。

2.4 光电耦合器位置特性的测试

由于炮管的内径和干扰弹的外径之间有较大的间隙, 在发射过程中干扰弹的轨迹并不是一条直线, 因此炮管的内径与干扰弹的距离是随机的。相应的光耦与干扰弹的距离也是随机的。由于光电耦合器的表面和反射面之间的距离d与输出相对电流之间有特定关系, 因此对光耦的位置特性的测试是必要的。

图5中给出了数据手册中的光耦输出特性的曲线。从图中可看出光电耦合器的表面和反射面的间距d是0.7 mm时, 输出电流Ic最大, 即输出信号在此时最佳。图6给出了实际测得的光电耦合器的位置特性的波形, 从图中可看出光电耦合器的表面和反射面的间距d是0.6 mm时, 输出电流Ic最大。通过两组波形的比较, 可知, 虽然实测波形与数据手册中已知的波形存在一定的差异, 但波形相似, 具有可比性, 为进一步的试验提供可靠的试验依据。

3 试验结果及分析

为了增加测试的可靠性及系统自比对的能力, 对同一干扰弹采用两套测试装置进行测试, 用示波器记录波形。将两套测试装置放在炮筒的同一垂直水平面上, 图7是同一组数据的波形。通过计算, 所测得的结果与已知结果近似相等, 从而验证了系统的可行性。

4 结束语

该干扰弹测速试验是野外试验, 对测试装置除了温度、湿度、浓烟等要求外, 还要求有体积小、工程化、高可靠性等特点。在保证系统工作性能的情况下, 提出了这种简单、实用的系统设计方案, 并验证了系统设计方案的正确性和可行性, 为进一步工程化实现打下了良好的基础。

参考文献

[1]付伟.红外干扰弹的工作原理[J].电光与控制, 2001 (1) :36-42.

[2]王铁岭, 倪晋平.两种弹丸速度测试技术发展简述[J].西安工业学院学报, 1997 (1) :29-30.

[3]郑宏军, 黎昕, 杨恒新.两种典型的光纤传感器研究现状与发展趋势[J].传感技术学报, 2001 (4) :81-84.

[4]郝晓剑, 潘保青, 赵冬娥.测量转管炮炮口初速的一种新方法[J].华北工学院学报, 2000 (2) :22-25.

[5]邓青, 安莹, 高芬, 等.光纤传感在炮口测速中的研究[J].光学仪器, 2006, 28 (6) :12-16.

[6]陈维友, 杨树人, 刘式墉.光电子器件模型与OEIC模拟[M].北京:国防工业出版社, 2001.

[7]刘恩科, 朱秉升, 罗晋生.半导体物理学[M].西安:西安交通大学出版社, 1994.

光电耦合器的应用与使用注意事项篇5

案例1

当我们要设计一组开关电源时, 从安全以及抗干扰角度考虑, 很多时候不希望是热地 (即希望将高频变压器的初级侧与次级侧的电源进行隔离, 以提高弱电侧的安全性) 。

我们将上面的要求以及同时将开关电源的其他特性考虑进去, 基本上发现开关电源具有以下几个特征:

1、需要初级侧的电源与次级侧的电源进行隔离;2、开关具有高频率特性;3、输出电压需要能够实时地反馈给初级端控制芯片, 以便芯片做出控制;4、次级侧的电压变化能够线性地反馈到初级侧;5、初级侧与零火线直接相连, 要求次级侧的电源不受初级侧的电源干扰;

在解决以上几点要求上, 光耦体现了其价值, 而且设计简单。光耦的线性特性, 能够使次级侧的输出线性地反馈到初级侧;光耦的非机械触点可以迅速开通与关闭, 实现了开关电源实时、迅速的要求, 同时还具备无寿命要求;更重要的是, 其是隔离的, 可以完全隔断初级侧与次级侧, 使次级侧不受初级侧的影响。图1是一个简单的开关电源示意。

该开关电源的工作原理

当输出电压升高时, 光耦发光端电流增加, 此时受光端电流也相应的增大, 致使开关电源芯片减小开关管的导通时间或者导通频率, 从而降低输出电压;相反, 当输出电压降低时, 光耦发光端电流减小, 此时受光端电流也相应的减小, 致使开关电源芯片增大开关管的导通时间或者导通频率, 从而提高输出电压, 并使输出电压稳定。该设计充分利用了光耦的线性。当然在使用上述电路时, 需要保证光耦与稳压二极管的匹配, 保证二者都工作在合理的电流范围内。

案例2

当我们某些时候需要一个非接触式开关时, 光耦能够帮我们这个忙。

一般的时候, 我们的开关基本上都是有触点的。按一下, 按键闭合;再按一下, 按键断开。但假如某些时候没有办法去接触, 怎么办呢?光耦可以帮助我们, 其只需要挡一下。为实现遮挡的要求, 我们将光耦的发光侧与受光侧拉大, 同时将发光侧和受光侧分别集成在一个结构件中, 同时在发光侧与受光侧中间保留一个空隙 (见图2) 。需要注意:发光侧与受光侧的结构材料必须是透光的。

通过结构的改进后, 再配以图3电路, 一个非常实用的开关电路就产生了。图3电路的工作原理如下:

当有遮光体伸入发光侧与受光侧中间的空隙中时, 芯片I/O口检测到低电平;

当没有遮光体伸入发光侧与受光侧中间的空隙中时, 芯片I/O口检测到高电平。该电路具有以下优点:

⒈遮光体只要是一个不透光的物体即可, 不再需要像传统按键那样有力的输出;

⒉如果发光侧需要进行逻辑控制, 可以将发光侧连接到某一个I/O口;

⒊发光侧和受光侧根据需要, 可以使用同一电源, 当然也可以使用不同电源。

光耦使用注意事项

为了用好光耦, 需要注意一些细节问题, 以我们使用较多的光耦PC817举例介绍。

⒈同一系列的光耦有不同的子系列, 其对应的CTR (电流传输比) 是不同的 (如表1) , 我们在选择时, 需要根据自己的电路要求选择型号;分类表电流传输比如表1所示。

⒉输出侧的极限耐压值是需要考虑的一个参数VCEO (如表2) , 使用时工作电压一定不能高过此电压值, 并需要保留一定余留。同时也需要考虑浪涌值, 必要时, 可以在其两侧并联一个TVS二极管去抗浪涌干扰。

⒊输入侧的二极管的反向电压 (VR) 是另一个需要特别注意的参数 (如表3) 因为光耦很重要的应用是隔离, 所以光耦在很多时候被直接运用在交流回路中, 此时光耦需要特别注意反向回路问题, 需要时可以在输入侧的二极管上反向并联一个二极管 (如图4) , 起到保护光耦作用;或者直接使用双向光耦。

⒋CTR (电流传输比) 是受到IF (输入端正向电流) 影响的, 如图5。要想获得合适的CTR值, 需要给定一个合理的电流值。