【转】光耦的实用技巧

光耦以光信号为媒介来实现电信号的耦合与传递，输入与输出在电气上完全隔离，具有抗干扰性能强的特 点。对于既包括弱电控制部分，又包括强电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和强电的隔离，达到抗干扰目的。但是，使用光耦隔离需要考虑以下几个问题：
①光耦直接用于隔离传输模拟量时，要考虑光耦的非线性问题；
②光耦隔离传输数字量时，要考虑光耦的响应速度问题；
③如果输出有功率要求的话，还得考虑光耦的功率接口设计问题。
1：光电耦合器非线性的克服
光电耦合器的输入端是发光二极管，因此，它的输入特性可用发光二极管的伏安特性来表示；输出端是光敏三极管，因此光敏三极管的伏安特性就是它的输出特性。由此可见，光电耦合器存在着非线性工作区域，直接用来传输模拟量时精度较差。
解决方法之一，利用2个具有相同非线性传输特性的光电耦合器，T1和T2，以及2个射极跟随器A1和A2组成。如果T1和T2是同型号同批次的光电耦合器，可以认为他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。由此可见，利用T1和T2电流传输特性的对称性，利用反馈原理，可以很好的补偿他们原来的非线性。
另一种模拟量传输的解决方法，就是采用VFC（电压频率转换）方式。现场变送器输出模拟量信号（假设电压信号），电压频率转换器将变送器送来的电压信号转换成脉冲序列，通过光耦隔离后送出。在主机侧，通过一个频率电压转换威廉希尔官方网站 将脉冲序列还原成模拟信号。此时，相当于光耦隔离的是数字量，可以消除光耦非线性的影响。这是一种有效、简单易行的模拟量传输方式。
当然，也可以选择线性光耦进行设计，如精密线性光耦tiL300，高速线性光耦6N135/6N136。线性光耦一般价格比普通光耦高，但是使用方便，设计简单；随着器件价格的下降，使用线性光耦将是趋势。
2：提高光电耦合器的传输速度
当采用光耦隔离数字信号进行控制系统设计时，光电耦合器的传输特性，即传输速度，往往成为系统最大数据传输速率的决定因素。在许多总线式结构的工业测控系统中，为了防止各模块之间的相互干扰，同时不降低通讯波特率，我们不得不采用高速光耦来实现模块之间的相互隔离。常用的高速光耦有6N135/6N136，6N137/6N138。但是，高速光耦价格比较高，导致设计成本提高。这里介绍两种方法来提
高普通光耦的开关速度。由于光耦自身存在的分布电容，对传输速度造成影响，光敏三极管内部存在着分布电容Cbe和Cce。由于光耦的电流传输比较低，其集电极负载电阻不能太小，否则输出电压的摆幅就受到了限制。但是，负载电阻又不宜过大，负载电阻RL越大，由于分布电容的存在，光电耦合器的频率特性就越差，传输延时也越长。
用2只光电耦合器T1，T2接成互补推挽式威廉希尔官方网站 ，可以提高光耦的开关速度。当脉冲上升为“1”电平时，T1截止，T2导通。相反，当脉冲为“0”电平时，T1导通，T2截止。这种互补推挽式威廉希尔官方网站 的频率特性大大优于单个光电耦合器的频率特性。
此外，在光敏三极管的光敏基极上增加正反馈威廉希尔官方网站 ，这样可以大大提高光电耦合器的开关速度。通过增加一个晶体管，四个电阻和一个电容，实验证明，这个威廉希尔官方网站 可以将光耦的最大数据传输速率提高10倍左右。
3：光耦的功率接口设计
微机测控系统中，经常要用到功率接口威廉希尔官方网站 ，以便于驱动各种类型的负载，如直流伺服电机、步进电机、各种电磁阀等。这种接口威廉希尔官方网站 一般具有带负载能力强、输出电流大、工作电压高的特点。工程实践表明，提高功率接口的抗干扰能力，是保证工业自动化装置正常运行的关键。
就抗干扰设计而言，很多场合下，既能采用光电耦合器隔离驱动，也能采用继电器隔离驱动。一般情况下，对于那些响应速度要求不很高的启停操作，我们采用继电器隔离来设计功率接口；对于响应时间要求很快的控制系统，采用光电耦合器进行功率接口威廉希尔官方网站 设计。这是因为继电器的响应延迟时间需几十ms，而光电耦合器的延迟时间通常都在10us之内，同时采用新型、集成度高、使用方便的光电耦合器进行功率驱动接口威廉希尔官方网站 设计，可以达到简化威廉希尔官方网站 设计，降低散热的目的。
对于交流负载，可以采用光电可控硅驱动器进行隔离驱动设计，例如TLP541G，4N39。光电可控硅驱动器，特点是耐压高，驱动电流不大，当交流负载电流较小时，可以直接用它来驱动。当负载电流较大时，可以外接功率双向可控硅。其中，R1为限流电阻，用于限制光电可控硅的电流；R2为耦合电阻，其上的分压用于触发功率双向可控硅。当需要对输出功率进行控制时，可以采用光电双向可控硅驱动器，例如MOC3010。