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光耦合器IC：應(yīng)用和組件選擇
光耦合器IC：應(yīng)用和組件選擇
對于新設(shè)計(jì)人員來說，光耦合器聽起來可能與電子設(shè)備無關(guān)，但是它們是在不同電路模塊之間提供隔離的重要設(shè)備。光耦合器IC集成了像簡單開關(guān)一樣工作的光學(xué)元件。它們很容易帶入不同的電路，并且很好地在以不同電壓運(yùn)行的電路塊之間提供了隔離。它們也是用于不同電路塊之間的反饋環(huán)路的理想選擇，尤其是在需要隔離的地方。一些光耦合器還被設(shè)計(jì)為提供高數(shù)據(jù)速率的開關(guān)。這里有一些光耦合器IC的選項(xiàng)，您可以將它們快速導(dǎo)入下一個(gè)電氣或電光系統(tǒng)。
什么是光耦合器？
很簡單，光耦合器將紅外LED與光電檢測器（通常是光電晶體管）集成在一起，就像光開關(guān)一樣。當(dāng)LED接收到輸入信號時(shí)，LED點(diǎn)亮并將光子提供給光電晶體管的基極。然后，這將打開光電晶體管，使電流流過連接的電路。LED可能以與內(nèi)部光電晶體管不同的電平運(yùn)行，從而允許在這兩個(gè)信號電平之間進(jìn)行某種隔離。這是在不使用放大器的情況下將低壓信號傳導(dǎo)到高壓電路塊中的一種方法。
因?yàn)檫@些組件是廉價(jià)的光學(xué)元件，所以它們很好地提供了不同電路塊之間的電隔離，而又不會(huì)在不同電路塊之間傳導(dǎo)某些形式的EMI。這并不是說它們是解決所有噪聲問題的靈丹妙藥，但是它們提供的隔離確實(shí)隔離了不同電壓的系統(tǒng)，這具有抑制來自系統(tǒng)兩個(gè)部分的接地環(huán)路噪聲的良好好處。NPN或PNP光電晶體管可在光耦合器IC中找到。
光耦合器IC的類型
除了光電晶體管之外，光耦合器還可以使用其他開關(guān)元件。以下是在電子市場上可以找到的其他類型的光耦合器IC：
三端雙向可控硅：具有三端雙向可控硅作為檢測器的光耦合器IC用于要求高輸出電壓/電流的系統(tǒng)中。它們的響應(yīng)速度較慢，最適合需要大電流輸出的高壓直流系統(tǒng)。
可控硅整流器（SCR）：這些光耦合器還提供高增益，類似于三端雙向可控硅開關(guān)元件。但是，它們的速度也很慢，也最適合用于中等電壓/電流的DC系統(tǒng)。
光電二極管：在需要快速切換的系統(tǒng)中，帶有光電二極管作為檢測器的光耦合器是常見的。當(dāng)通過數(shù)字脈沖流或AC信號切換LED時(shí)，可以使用這些組件。與典型的光電晶體管IC相比，光電二極管將提供非常低的輸出到輸入電流傳輸比。
達(dá)林頓對光電晶體管：這些光電耦合器還因其高增益而有用，并且具有最高的輸出到輸入電流傳輸比。
光電電阻器：由于它們?nèi)栽?span>OFF狀態(tài)下導(dǎo)通，因此不太常用。它們的輸出到輸入電流傳輸比也很低。
重要的光耦合器IC規(guī)格
您可能會(huì)先從研究光耦合器IC的安裝方式開始；它們以通孔DIP封裝或表面貼裝組件的形式提供。但是，選擇光耦合器IC時(shí)，應(yīng)檢查一些重要的規(guī)格：
LED正向電壓和觸發(fā)電流。這告訴您如何為輸入LED供電以確保其點(diǎn)亮并提供所需的開關(guān)行為。在設(shè)計(jì)為用方波或PWM信號進(jìn)行開關(guān)的光耦合器中，觸發(fā)開關(guān)所需的正向峰值電流取決于處于ON狀態(tài)的信號的脈沖寬度。較短的脈沖需要較大的峰值信號電流來強(qiáng)制觸發(fā)。
輸出與輸入電流之比。這告訴您光耦合器兩端之間的電流傳輸。請注意，這取決于光電晶體管光耦合器的絕對最大集電極-發(fā)射極電壓。
正向電壓與正向電流的關(guān)系曲線。該規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)LED的含義相同，但不要與觸發(fā)電流混淆。
溫度變化。這些規(guī)范對于電源系統(tǒng)非常重要，因?yàn)樗鼈冊谶\(yùn)行過程中可能會(huì)達(dá)到高溫。
安全等級和IEC / UL認(rèn)證。如果要為電源系統(tǒng)或在交流電源附近的高壓環(huán)境中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)，則IEC 60747-5-2是要注意的一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)，以確?？梢猿惺芨咚矐B(tài)電壓。您需要遵循安全和絕緣準(zhǔn)則，以確保符合安全標(biāo)準(zhǔn)。
數(shù)據(jù)速率或開關(guān)速度。盡管也可以指定切換速度或頻率，但打算用于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的組件通常會(huì)指定最大數(shù)據(jù)速率。
這是一些可以在直流系統(tǒng)和低數(shù)據(jù)速率應(yīng)用中使用的光耦合器IC示例。
安森美半導(dǎo)體（FODM611）
安森美半導(dǎo)體的FODM611光耦合器IC是單通道光耦合器，額定數(shù)據(jù)速率高達(dá)10 Mbps（NRZ，傳播延遲100 ns）。該器件輸出5 V電壓，同時(shí)具有高共模瞬變抗擾性，使其非常適合工業(yè)網(wǎng)絡(luò)（CAN，RS485和DeviceNet系統(tǒng)）或低速汽車系統(tǒng)。開關(guān)由連接至緩沖器的光電二極管觸發(fā)（請參見下文）。
功能原理圖和真值表。
博通HCPL-7723-300E
Broadcom的HCPL-7723-300E設(shè)計(jì)用于更高的數(shù)據(jù)速率（50 MBaud，最大2 ns PWD）。它具有集成的CMOS LED驅(qū)動(dòng)器，其中輸入信號觸發(fā)驅(qū)動(dòng)器。檢測器部分由光電二極管，高速跨阻放大器和帶輸出驅(qū)動(dòng)器的電壓比較器組成。
功能原理圖和真值表，來自HCPL-7723-300E數(shù)據(jù)表。
瑞薩（Renesas），PS2802-4
瑞薩（Renesas）的PS2802-4四通道光電耦合器使用達(dá)林頓對光電晶體管提供2至20的高輸出電流比（最高40 V額定集電極-發(fā)射極額定電壓）。該組件并行提供4個(gè)通道，使其在要求各種電壓之間隔離的電源管理系統(tǒng)中很有用。該組件中的暗電流低至400 nA，因此在高功率系統(tǒng)中，開關(guān)事件之間浪費(fèi)的功率很小。該組件也可作為單通道變體提供（PS2802-1，請參見下文）。
來自PS2802-4數(shù)據(jù)表的四通道和單通道型號。