光耦合器和光隔离器的工作原理(lǐ)
来源: 阅读:97 发布时间:2023-12-07 13:40:59
光耦合器和光隔离器的工作原理(lǐ)

工业术语學(xué)常常会模糊相似概念之间的區(qū)别。今天,我们发现光耦合器和光隔离器这两个术语被互换使用(yòng),来指代相同的功能(néng)。

 

分(fēn)辨这两个术语的特征是隔离電(diàn)压的大小(xiǎo)。光耦合器被用(yòng)来从某个電(diàn)势向另一个電(diàn)势传输模拟或数字信息,同时保持低于5000V的電(diàn)势隔离。光隔离器被设计用(yòng)来在系统间传输模拟或数字数据的同时保持電(diàn)力系统的隔离,这些電(diàn)力系统的隔离電(diàn)压在5000~50 000V或以上。

 

工作原理(lǐ)

 

光耦合器和光隔离器都允许在没有(yǒu)直接電(diàn)气连接的某个電(diàn)子设备内将信号和数据从一个系统传输到另一个系统。这是通过光學(xué)办法完成的,将使用(yòng)透光介质隔离开的发射器和探测器放在单个封装内,然后向光接收器发射光束。这使得電(diàn)路保持了完全的電(diàn)气隔离,同时信息可(kě)以从一个電(diàn)势传输到另一个電(diàn)势。在所有(yǒu)的光耦合器和光隔离器中,输入信号都被转换成LED发出的光脉冲。这个光脉冲被传输到一个硅基的光传感器。

 

根据要在器件内传输的输入信号类型的不同,光传感器可(kě)以是模拟的或者数字的。如果某个应用(yòng)需要模拟信号,比如4~20mA,那么光传感器可(kě)以是光電(diàn)二极管或者光電(diàn)晶體(tǐ)管。这两类器件都提供了模拟输出信号,可(kě)以用(yòng)于许多(duō)的模拟应用(yòng)。

 

在那些信号量对系统的运转非常重要的应用(yòng)中,模拟响应是必需的。器件以LED输入光强作為(wèi)参考的電(diàn)流输出量称為(wèi)電(diàn)流传输比(CTR),它等于输出電(diàn)流除以输入電(diàn)流。根据系统增益的不同,CTR的取值可(kě)能(néng)在10%~5000%之间变化甚至更高。通常,CTR越小(xiǎo),上升和下降时间越快。

 

模拟器件通常需要附加電(diàn)路才能(néng)被系统的其他(tā)部件使用(yòng)。在应用(yòng)需要脉冲或者比特输出时,数字输出器件是最合适的。

 

这些器件非常容易使用(yòng),只需提供一个可(kě)靠的信号就可(kě)以直接与其他(tā)系统部件结合使用(yòng)。只要照射到光传感器上的光足够强,输出信号就会保持高或者低,输出電(diàn)平的高低取决于逻辑结构。

 

设计人员应考虑的一个事项是在最小(xiǎo)化传输延时的情况下数字数据的传输速率。大多(duō)数光隔离器/光耦合器应用(yòng)在数据率低于10Mb/s的情况,而传输延时可(kě)能(néng)在2~20μm的范围内。

 

光耦合器

 

光耦合器被特别设计為(wèi)类似于双列直插式封装(DIP)或者表面贴装器件(SMD)的小(xiǎo)型封装,这样,它们在用(yòng)光传输数据的同时只占用(yòng)了最小(xiǎo)的空间。因為(wèi)隔离電(diàn)压電(diàn)势的定义可(kě)能(néng)通过AC,均方根或者DC值给出,所以设计人员应对其特别留意。

 

光隔离器

 

光隔离器有(yǒu)许多(duō)封装类型,如長(cháng)方形、圆柱形以及一些特殊形状。这些封装类型被设计用(yòng)来提供比DIP和SMD封装所能(néng)达到的隔离電(diàn)压更高的隔离電(diàn)压。

 

在使用(yòng)光隔离器的时候,设计者可(kě)能(néng)需要将环境条件考虑进来。例如,如果系统需要DC50000V的隔离,那么环境的湿度百分(fēn)数将是一个重要的考虑因素。

 

如果空气的湿度太高,那么光隔离器或者PCB的表面可(kě)能(néng)会产生電(diàn)弧,形成导電(diàn)通路并在器件周围形成短路。距离、温度、大气压力、空气污染的种类和程度,以及湿度,共同决定了光隔离器表面的击穿電(diàn)压。

 

器件结构

 

光耦合器和光隔离器有(yǒu)单个LED或者背靠背LED(阳极和阴极连接在一起)两种结构。光传感器的结构可(kě)以在单个光传感器和完整的集成接收器之间变化。

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