光耦电路的分析

光耦电路分析

1、光耦的定义

耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称光耦，是开

关电源电路中常用的器件。

2、光耦的工作原理

耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。

3、光耦的优点

光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。光耦合器是70年代发展起来产新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉

冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。

4、PS2501器件参数

4．1、FEATURES

High isolation voltage (BV = 5 000 Vr.m.s.)

High collector to emitter voltage (V CEO = 80 V)

High-speed switching (t r = 3 ⎧s TYP., t f = 5 ⎧s TYP.)

Ordering number of tape product: PS2501L-1-E3, E4, F3, F4, PS2501L-2-E3, E4

Safety standards

UL approved: File No. E72422

4.2、ps2501管脚分布

4.3、ps2501极限参数表

4.4、ps2501电子特性

5、光耦特性分析

以下的所有数据都是在ps2501的基础上测试得出。

名词解释：

If：前向电流，即通过光耦发光二极管的电流。

Ic：集电极电流，即流过感应三极管的的电流。

CRT：光耦的电流装换比，即CRT=Ic/If。此值一般是0.8到6之间（ps2501，本文此值大约是2.7）。

设计光耦电路时一定要保证电流Ic足够大，或者负载电阻足够大，才能使光耦输出可靠的高电平或者低电平。

5.1、电路设计一

电路按照上图中的参数来配置，当光耦导通时，则If大约是2.2mA，Ic大约是6.3mA，A点的电压大约是6.3V，达不到高电平的标准（电源电压时12V）。

A点的波形图如下：

光耦导通的响应时间大约是1us，光耦导通的上升沿时间大约是4us；光耦的关断响应时间大约是0，光耦关断下降沿时间大约是4us，光耦输出高电平时达不到12V的高电平要求。

5.1、电路设计二

按照上文的假设增加电阻R3到3000欧姆

测试结果：光耦的导通响应时间大约是1us，光耦导通的上升沿时间大约是4us；光耦的关断响应时间大约是4us，光耦关断下降沿时间大约是4us，光耦输出高电平时可以达到12V 的高电平要求。

5.1、电路设计三

按照上文修改电阻R1为100欧姆

测试结果：光耦的导通响应时间大约是0，光耦导通的上升沿时间大约是2us；光耦的关断响应时间大约是12us，光耦关断下降沿时间大约是1us，光耦输出高电平时可以达到12V的高电平要求。

5.1、电路设计四

如果同时修改R1为100欧姆，修改R3为350欧姆，则测试结果如下图：

测试结果：光耦的导通响应时间大约是0，光耦导通的上升沿时间大约是3us；光耦的关断响应时间大约是2us，光耦关断下降沿时间大约是4us，光耦输出高电平时可以达到12V的高电平要求。

6、结论分析：

增大光耦的电流If，它的导通响应时间会减小，光耦导通的上升沿时间也会减小，光耦的关断响应时间会增大很多，光耦关断下降沿时间会减小一些；若增大光耦输出端的负载电阻，它的导通上升时间和响应时间几乎不变化，但是关断响应时间会增加很多。因此要想使用光耦时，既可以满足输出电压的要求，又要响应时间足够快，最好的办法是增大If，并且在满足输出电压的情况下，尽可能减小负载电阻。