光电耦合器

光耦合器使用光信号作为媒介来实现电信号的耦合和传输. 输入和输出完全电气隔离，具有很强的抗干扰性能. 对于同时包含弱电流控制部分和强电流控制部分的工业应用测控系统，采用光耦隔离可以很好地实现弱电流和强电流隔离，达到抗干扰的目的. 但是，使用光耦合器隔离需要考虑以下问题:

①当光耦合器直接用于隔离和传输模拟量时，应考虑光耦合器的非线性问题；

②光耦合器隔离传输数字数据时，必须考虑光耦合器的响应速度；

③如果输出有电源要求，则还必须考虑光耦合器电源接口的设计.

1: 克服了光电耦合器的非线性

光电耦合器的输入端是发光二极管，因此其输入特性可以用发光二极管的伏安特性表示；输出端是一个光电晶体管，因此光电晶体管的伏安特性就是其输出特性. 可以看出，光耦合器的工作区域是非线性的，直接用于传输模拟量时，精度较差.

解决方案之一是使用两个具有相同非线性传输特性的光电耦合器T1和T2，以及两个发射极跟随器A1和A2. 如果T1和T2是相同型号光电耦合器工作原理图，相同批次的光耦合器，则可以认为它们的非线性传输特性是完全一致的，即K1（I1）= K2（I1），则放大器的电压增益G = Uo / U1 ＝ I3R3 / I2R2 ＝（R3 / R2）[K1（I1）/ K2（I1）] ＝ R3 / R2. 可以看出，利用T1和T2电流传输特性的对称性，并利用反馈原理，可以很好地补偿其原有的非线性.

模拟传输的另一种方法是使用VFC（电压频率转换）. 现场输出模拟信号（假设为电压信号），电压-频率转换器将发送的电压信号转换为脉冲序列，该脉冲序列在通过光耦合器隔离后发送出去. 在主机侧，脉冲序列通过频率电压转换电路恢复为模拟信号. 此时，光耦合器隔离的数字等效值可以消除光耦合器非线性的影响. 这是一种有效而简单的模拟传输方法.

当然，您也可以选择线性光电耦合器进行设计，例如精密线性光电耦合器TIL300，高速线性光电耦合器6N135 / 6N136. 线性光耦合器通常比普通的光耦合器贵，但是它们易于使用和设计. 随着设备价格下降，线性光耦合器的使用将成为趋势.

2: 提高光电耦合器的传输速度

当使用光耦合器隔离的数字信号进行控制系统设计时，光耦合器的传输特性（即传输速度）通常成为系统最大数据传输速率的决定因素. 在许多总线型工业测控系统中，为了防止模块之间的相互干扰并同时不降低通信波特率，我们必须使用高速光耦合器来实现模块之间的相互隔离. 常用的高速光耦合器是6N135 / 6N136、6N137 / 6N138. 但是，高速光耦合器的价格相对较高，导致设计成本增加. 这里有两种提法

普通光耦合器的高开关速度. 由于光耦合器本身的分布电容会影响传输速度，因此光电晶体管内部存在分布电容Cbe和Cce. 由于光耦合器的电流传输相对较低，因此其集电极负载电阻不能太小，否则将限制输出电压的摆幅. 但是，负载电阻不应太大. 负载电阻RL越大，由于分布电容导致的光电耦合器的频率特性越差，传输延迟越长.

使用两个光电耦合器T1和T2形成互补的推挽电路可以提高光电耦合器的开关速度. 当脉冲上升到“ 1”电平时，T1关闭，T2打开. 相反，当脉冲处于“ 0”电平时，T1打开，T2关闭. 这种互补推挽电路的频率特性要比单个光耦合器好得多.

此外，将正反馈电路添加到光电晶体管的光敏基极可以大大提高光电耦合器的开关速度. 实验表明，通过增加一个晶体管，四个电阻和一个电容器，该电路可以将光耦合器的最大数据传输速率提高约10倍.

3: 光耦合器电源接口设计

在计算机测控系统中，电源接口电路通常用于驱动各种类型的负载光电耦合器工作原理图，例如DC伺服电机，步进电机和各种电磁阀. 该接口电路通常具有负载能力强，输出电流大，工作电压高的特点. 工程实践表明，提高电源接口的抗干扰能力是确保工业自动化设备正常运行的关键.

就抗干扰设计而言，在许多情况下，可以使用光耦合器隔离驱动器和继电器隔离驱动器. 通常，对于不需要高响应速度的启停操作，我们使用继电器隔离来设计电源接口. 对于要求快速响应时间的控制系统，光耦合器用于设计电源接口电路. 这是因为继电器的响应延迟时间需要数十毫秒，而光耦合器的延迟时间通常在10us以内. 同时，采用新型，高度集成，便捷的光电耦合器设计电源驱动接口电路，可以简化电路设计，降低散热的目的.

对于交流负载，光电晶闸管驱动器可用于隔离驱动器设计，例如TLP541G，4N39. 光电晶闸管驱动器的特点是耐压高，驱动电流小. 当交流负载电流较小时，可用于直接驱动. 当负载电流大时，可在外部连接功率双向晶闸管. 其中，R1为限流电阻，用于限制光电晶闸管的电流. R2是耦合电阻，其上的分压用于触发功率双向晶闸管. 当需要控制输出功率时，可以使用光电双向可控硅驱动器，例如MOC3010.

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/shumachanpin/article-276058-1.html