光耦简介及常见型号（2022年整理）.pdf

1 常用光耦简介及常见型号 光电耦合器（简称光耦）是开关电源电路中常用的器件光电耦合器分为两种：一种为非线性光耦，另一种为线性光耦 常用的 4N 系列光耦属于非线性光耦 常用的线性光耦是 PC817AC 系列 非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的， 这类光耦适合于弄开关信号的传输， 不适合于传输模拟量 线性光耦的电流传输手特性曲线接进直线， 并且小信号时性能较好， 能以线性特性进行隔离控制 开关电源中常用的光耦是线性光耦如果使用非线性光耦，有可能使振荡波形变坏，严重时出现寄生振荡， 使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的低频振荡依次为号调制 由此产生的后果是对彩电，彩显，VCD，DCD 等等，将在图像画面上产生干扰同时电源带负载能力下降 在彩电，显示器等开关电源维修中如果光耦损坏，一定要用线性光耦代换 常用的 4 脚线性光耦有 PC817A-CPC111 TLP521 等常用的六脚线性光耦有：TLP632 TLP532 PC614 PC714 PS2031 等 常用的 4N25 4N26 4N35 4N36 是不适合用于开关电源中的， 因为这 4 种光耦均属于非线性光耦 经查大量资料后，以下是目前市场上常见的高速光藕型号： 100K bit/S: 6N138、6N139、PS8703 1M bit/S: 6N135、6N136、CNW135、CNW136、PS8601、PS8602、PS8701、PS9613、PS9713、CNW4502、HCPL-2503、HCPL-4502、HCPL-2530（双路）、HCPL-2531（双路） 10M bit/S: 6N137、PS9614、PS9714、PS9611、PS9715、HCPL-2601、HCPL-2611、HCPL-2630（双路）、HCPL2631（双路） 光耦合器的增益被称为晶体管输出器件的电流传输比 (CTR)，其定义是光电晶体管集电极电流与 LED 正向电流的比率(ICE/IF)。

光电晶体管集电极电流与 VCE 有关，即集电极和发射极之间的电压 可控硅型光耦 还有一种光耦是可控硅型光耦 例如：moc3063、IL420； 它们的主要指标是负载能力； 例如：moc3063 的负载能力是 100mA；IL420 是 300mA； 光耦的部分型号 型号规格 性能说明 4N25 晶体管输出 4N25MC 晶体管输出 2 4N26 晶体管输出 4N27 晶体管输出 4N28 晶体管输出 4N29 达林顿输出 4N30 达林顿输出 4N31 达林顿输出 4N32 达林顿输出 4N33 达林顿输出 4N33MC 达林顿输出 4N35 达林顿输出 4N36 晶体管输出 4N37 晶体管输出 4N38 晶体管输出 4N39 可控硅输出 6N135 高速光耦晶体管输出 6N136 高速光耦晶体管输出 6N137 高速光耦晶体管输出 6N138 达林顿输出 6N139 达林顿输出 MOC3020 可控硅驱动输出 MOC3021 可控硅驱动输出 MOC3023 可控硅驱动输出 MOC3030 可控硅驱动输出 MOC3040 过零触发可控硅输出 MOC3041 过零触发可控硅输出 MOC3061 过零触发可控硅输出 MOC3081 过零触发可控硅输出 TLP521-1 单光耦 TLP521-2 双光耦 TLP521-4 四光耦 TLP621 四光耦 TIL113 达林顿输出 TIL117 TTL 逻辑输出 PC814 单光耦 PC817 单光耦 H11A2 晶体管输出 H11D1 高压晶体管输出 H11G2 电阻达林顿输 什么是光耦？ 光耦全称是光耦合器，英文名字是：optical coupler，英文缩写为 OC，亦称光电隔离器，简称光耦。

光耦的结构是什么样的？ 光耦隔离就是采用光耦合器进行隔离，光耦合器的结构相当于把发光二极管和光敏(三极)管 3 封装在一起 为什么要使用光耦？ 发光二极管把输入的电信号转换为光信号传给光敏管转换为电信号输出， 由于没有直接的电气连接，这样既耦合传输了信号，又有隔离干扰的作用 4 光耦爱坏吗？ 只要光耦合器质量好，电路参数设计合理，一般故障少见如果系统中出现异常，使输入、输出两侧的电位差超过光耦合器所能承受的电压，就会使之被击穿损坏 光耦的参数都有哪些？是什么含义？ 1、CTR：电流传输比 2、Isolation Voltage：隔离电压 3、Collector-Emitter Voltage：集电极发射极电压 CTR：发光管的电流和光敏三极管的电流比的最小值 隔离电压：发光管和光敏三极管的隔离电压的最小值 集电极发射极电压：集电极发射极之间的耐压值的最小值 光耦什么时候导通？什么时候截至？ 关于 TLP521-1 的光耦的导通的试验报告 要求：要求： 3.5v24v 认为是高电平，0v1.5v 认为是低电平 思路：思路： 1、 0v1.5v 认为是低电平， 利用串接一个二极管 1N4001 的压降 0.7V+光耦的 LED 的压降，吃掉 1.4V 左右； 2、24V 是最高电压，不能在最高电压的时候，光耦通过的电流太大；所以选用 2K 的电阻；光耦工作在大概 10mA 的电流，可以保证稳定可靠工作 n 年以上； 3、3.5V 以上是高电平，为了尽快进入光敏三极管的饱和区，要把光耦的光敏三极管的上拉电阻加大；因此选用 10K；同时要考虑到 ctr 最小为 50； 电路：电路： 1、发光管端： 实验室电源（024V）-2K-1N4001-TLP521-1(1)-TLP521-1(2)-gnd1 2、光敏三极管： 实验室电源（DC5V）-10K-TLP521-1(4)-TLP521-1(3)-gnd2 3、万用表 直流电压挡 20V 万用表+ - TLP521-1(4) 万用表- - TLP521-1(3) 5 试验结果试验结果 输入电源 万用表电压(V) 1.3V 5 1.5V 4.8 1.7V 4.41 1.9V 3.58 2.1V 2.94 2.3V 1.8 2.5V 0.58 2.7V 0.2 2.9V 0.19 3.1V 0.17 3.3V 0.16 3.5V 0.16 5V 0.13 24V 0.06 思考题：光耦的 CTR（电流传输比）是什么含义？ 思考题： 1、光耦的 CTR（电流传输比）是什么含义？ 2、CTR 与上拉电阻和光耦的光敏三极管之间与饱和导通或者截至之间的关系； 参考资料：TLP521-1 的 CTR 为 50（最小值） ； TLP521-1 的长相 TLP521-1 的长相 线性光耦原理与电路设计 【转】 线性光耦原理与电路设计 6 来源：21IC 中国电子网 作者：佚名 1. 线形光耦介绍线形光耦介绍 光隔离是一种很常用的信号隔离形式。

常用光耦器件及其外围电路组成 由于光耦电路简单,在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到,如 UART 协议的 20mA 电流环对于模拟信号,光耦因为输入输出的线形较差,并且随温度变化较大,限制了其在模拟信号隔离的应用 对于高频交流模拟信号,变压器隔离是最常见的选择,但对于支流信号却不适用一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案,如 ADI 的 AD202,能够提供从直流到几 K 的频率内提供 0.025%的线性度,但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换,对产生的交流信号进行变压器隔离,然后进行频率-电压转换得到隔离效果 集成的隔离放大器内部电路复杂,体积大,成本高,不适合大规模应用 模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦 线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别,只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变,增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈这样,虽然两个光接受电路都是非线性的,但两个光接受电路的非线性特性都是一样的,这样,就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性,从而达到实现线性隔离的目的 市场上的线性光耦有几中可选择的芯片,如 Agilent 公司的 HCNR200/201,TI 子公司 TOAS 的TIL300,CLARE 的 LOC111 等。

这里以 HCNR200/201 为例介绍 2. 芯片介绍与原理说明芯片介绍与原理说明 HCNR200/201 的内部框图如下所示 其中 1、2 引作为隔离信号的输入,3、4 引脚用于反馈,5、6 引脚用于输出1、2 引脚之间的电流记作 IF,3、4 引脚之间和 5、6 引脚之间的电流分别记作 IPD1 和 IPD2输入信号经过电压-电流转化,电压的变化体现在电流 IF上,IPD1 和 IPD2 基本与 IF成线性关系,线性系数分别记为 K1 和 K2,即 K1 与 K2 一般很小（HCNR200 是 0.50%）,并且随温度变化较大（HCNR200 的变化范围在0.25%到 0.75%之间）,但芯片的设计使得 K1 和 K2 相等在后面可以看到,在合理的外围电路设计中,真正影响输出/输入比值的是二者的比值 K3,线性光耦正利用这种特性才能达到满意的线性度的 HCNR200 和 HCNR201 的 内 部 结 构 完 全 相 同 , 差 别 在 于 一 些 指 标 上 相 对 于HCNR200,HCNR201 提供更高的线性度 采用 HCNR200/201 进行隔离的一些指标如下所示： * 线性度：HCNR200：0.25%,HCNR201：0.05%; * 线性系数 K3：HCNR200：15%,HCNR201：5%; * 温度系数： -65ppm/oC; * 隔离电压：1414V; * 信号带宽：直流到大于 1MHz。

从上面可以看出,和普通光耦一样,线性光耦真正隔离的是电流,要想真正隔离电压,需要在输出和输出处增加运算放大器等辅助电路 下面对 HCNR200/201 的典型电路进行分析,对电路中如何实现反馈以及电流-电压、电压-电流转换进行推导与说明 3. 典型电路分析 Agilent 公司的 HCNR200/201 的手册上给出了多种实用电路,其中较为典型的一种如下图所 7 示： 图图 2 设输入端电压为 Vin,输出端电压为 Vout,光耦保证的两个电流传递系数分别为 K1、K2,显然,和之间的关系取决于和之间的关系 将前级运放的电路提出来看,如下图所示： 设运放负端的电压为,运放输出端的电压为,在运放不饱和的情况下二者满足下面的关系： Vo=Voo-GVi (1) 其中是在运放输入差模为 0 时的输出电压,G 为运放的增益,一般比较大 忽略运放负端的输入电流,可以认为通过 R1 的电流为 IP1,根据 R1 的欧姆定律得： 通过 R3 两端的电流为 IF,根据欧姆定律得： 其中,为光耦 2 脚的电压,考虑到 LED 导通时的电压（）基本不变,这里的作为常数对待 根据光耦的特性,即 K1=IP1/IF (4) 将和的表达式代入上式,可得： 上式经变形可得到： 将的表达式代入（3）式可得： 考虑到 G 特别大,则可以做以下近似： 这样,输出与输入电压的关系如下： 可见,在上述电路中,输出和输入成正比,并且比例系数只由 K3 和 R1、 R2 确定。

一般选 R1=R2,达到只隔离不放大的目的 4. 辅助电路与参数确定辅助电路与参数确定 上面的推导都是假定所有电路都是工作性范围内的,要想做到这一点需要对运放进行合 8 理选型,并且确定电阻的阻值 4.1 运放选型 运放可以是单电源供电或正负电源供电,上面给出的是单电源供电的例子为了能使输入范围能够从 0 到 VCC,需要运放能够满摆幅工作,另外,运放的工作速度、压摆率不会影响整个电路的性能TI 公司的 LMV321 单运放电路能够满足以上要求,可以作为 HCNR200/201 的外围电路 4.2 阻值确定 电阻的选型需要考虑运放的线性范围和线性光耦的最大工作电流 IFmaxK1 已知的情况下,IFmax 又确定了 IPD1 的最大值 IPD1max,这样,由于 Vo。