中心論題:
- 光耦合器和光隔離器工作原理
- 光耦合器和光隔離器外形封裝
- 器件結(jié)構(gòu)
解決方案:
- 光耦合器被用來(lái)從某個(gè)電勢(shì)向另一個(gè)電勢(shì)傳輸模擬或數(shù)字信息
- 光隔離器被用來(lái)在系統(tǒng)間傳輸模擬或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的同時(shí)保持電力系統(tǒng)的隔離
工業(yè)術(shù)語(yǔ)學(xué)常常會(huì)模糊相似概念之間的區(qū)別。今天,我們發(fā)現(xiàn)光耦合器和光隔離器這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)被互換使用,來(lái)指代相同的功能。
分辨這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)的特征是隔離電壓的大小。光耦合器被用來(lái)從某個(gè)電勢(shì)向另一個(gè)電勢(shì)傳輸模擬或數(shù)字信息,同時(shí)保持低于5000V的電勢(shì)隔離。光隔離器被設(shè)計(jì)用來(lái)在系統(tǒng)間傳輸模擬或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的同時(shí)保持電力系統(tǒng)的隔離,這些電力系統(tǒng)的隔離電壓在5000~50 000V或以上。
工作原理
光耦合器和光隔離器都允許在沒(méi)有直接電氣連接的某個(gè)電子設(shè)備內(nèi)將信號(hào)和數(shù)據(jù)從一個(gè)系統(tǒng)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)系統(tǒng)。這是通過(guò)光學(xué)辦法完成的,將使用透光介質(zhì)隔離開(kāi)的發(fā)射器和探測(cè)器放在單個(gè)封裝內(nèi),然后向光接收器發(fā)射光束。這使得電路保持了完全的電氣隔離,同時(shí)信息可以從一個(gè)電勢(shì)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)電勢(shì)。在所有的光耦合器和光隔離器中,輸入信號(hào)都被轉(zhuǎn)換成LED發(fā)出的光脈沖。這個(gè)光脈沖被傳輸?shù)揭粋€(gè)硅基的光傳感器。
圖 光耦合器的結(jié)構(gòu)會(huì)隨著應(yīng)用的不同而改變
根據(jù)要在器件內(nèi)傳輸?shù)妮斎胄盘?hào)類(lèi)型的不同,光傳感器可以是模擬的或者數(shù)字的。如果某個(gè)應(yīng)用需要模擬信號(hào),比如4~20mA,那么光傳感器可以是光電二極管或者光電晶體管。這兩類(lèi)器件都提供了模擬輸出信號(hào),可以用于許多的模擬應(yīng)用。
在那些信號(hào)量對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)非常重要的應(yīng)用中,模擬響應(yīng)是必需的。器件以LED輸入光強(qiáng)作為參考的電流輸出量稱(chēng)為電流傳輸比(CTR),它等于輸出電流除以輸入電流。根據(jù)系統(tǒng)增益的不同,CTR的取值可能在10%~5000%之間變化甚至更高。通常,CTR越小,上升和下降時(shí)間越快。
模擬器件通常需要附加電路才能被系統(tǒng)的其他部件使用。在應(yīng)用需要脈沖或者比特輸出時(shí),數(shù)字輸出器件是最合適的。
這些器件非常容易使用,只需提供一個(gè)可靠的信號(hào)就可以直接與其他系統(tǒng)部件結(jié)合使用。只要照射到光傳感器上的光足夠強(qiáng),輸出信號(hào)就會(huì)保持高或者低,輸出電平的高低取決于邏輯結(jié)構(gòu)。
設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮的一個(gè)事項(xiàng)是在最小化傳輸延時(shí)的情況下數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸速率。大多數(shù)光隔離器/光耦合器應(yīng)用在數(shù)據(jù)率低于10Mb/s的情況,而傳輸延時(shí)可能在2~20μm的范圍內(nèi)。
光耦合器
光耦合器被特別設(shè)計(jì)為類(lèi)似于雙列直插式封裝(DIP)或者表面貼裝器件(SMD)的小型封裝,這樣,它們?cè)谟霉鈧鬏敂?shù)據(jù)的同時(shí)只占用了最小的空間。因?yàn)楦綦x電壓電勢(shì)的定義可能通過(guò)AC,均方根或者DC值給出,所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)其特別留意。
光隔離器
光隔離器有許多封裝類(lèi)型,如長(zhǎng)方形、圓柱形以及一些特殊形狀。這些封裝類(lèi)型被設(shè)計(jì)用來(lái)提供比DIP和SMD封裝所能達(dá)到的隔離電壓更高的隔離電壓。
在使用光隔離器的時(shí)候,設(shè)計(jì)者可能需要將環(huán)境條件考慮進(jìn)來(lái)。例如,如果系統(tǒng)需要DC 50 000V的隔離,那么環(huán)境的濕度百分?jǐn)?shù)將是一個(gè)重要的考慮因素。
如果空氣的濕度太高,那么光隔離器或者PCB的表面可能會(huì)產(chǎn)生電弧,形成導(dǎo)電通路并在器件周?chē)纬啥搪贰>嚯x、溫度、大氣壓力、空氣污染的種類(lèi)和程度,以及濕度,共同決定了光隔離器表面的擊穿電壓。
器件結(jié)構(gòu)
光耦合器和光隔離器有單個(gè)LED或者背靠背LED(陽(yáng)極和陰極連接在一起)兩種結(jié)構(gòu)。光傳感器的結(jié)構(gòu)可以在單個(gè)光傳感器和完整的集成接收器之間變化。