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关 键 词：亿光光耦EL357N
行 业：仪器仪表 电子元器件 电源IC
发布时间：2019-12-12
用作固体继电器
采用光电耦合器作固体继电器具有体积小、耦合密切、驱动功率小、动作速度快、工作温度范围宽等优点。图3所示是一个光电耦合器用作固体继电器的实际电路图，它的左半部分电路可用于将输入的电信号Vi变成光电耦合器内发光二管发光的光信号；而右半部分电路则通过光电耦合器内的光敏三管再将光信号还原成电信号，所以这是一种非常好的电光与光电联合转换器件。光电耦合器的电流传输比为20%，耐压为150V，驱动电流在8～20mA之间。在实际使用中，由于它没有一般电磁继电器常见的实际接点，因此不存在接触不良和燃弧打火等现象，也不会因受外力或机械冲击而引起误动作。所以，它的性能比较可靠，工作十分稳定。
光耦合器（opticalcoupler equipment，英文缩写为OCEP）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二管LED）与受光器（光敏半导体管，光敏电阻）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，由于它具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点，在数字电路上获得广泛的应用。
发展现状：
日本光电耦合器的市场虽不太大，但却以40%的年增长率增大，其主要原因是每一个程序控制器里都要用到20～30个甚至多的光电耦合器。光电耦合器已显示出一种超大容量和高速度方向发展的明显趋势。美、日两国生产的光电耦合器以红外发光二管和光敏器件管组成的器件为主，该类器件大约占整个美、日两国生产的全部光电耦合器的60%左右。因为这种类型的器件不仅电流传输效率高（一般为7～30%），而且响应速度比较快（2～5μs），因而能够满足大多数应用场合要求。日本横河电机公司用GaAsP红外发光二管作输入端，PIN光电二管作接收端制成的三种高速光电耦合器的绝缘电压都在3000伏以上，其中5082—43610型超高速数字光电耦合器和5082—4361型高共模抑制型光电耦合器的响应速度均可达到10Mb/s，它们的电流传输效率高达60%以上。美国莫托罗拉公司生产的4N25、4N26、4N27型光电耦合器属于三管输出型光电耦合器[2]，这种光电耦合器具有很高的输入、输出绝缘性能，其频率响应可达300kHz，而开关时间只有几微秒。
在日本电气公司（NEC）生产的高速光电耦合器中，PS2101型光电耦合器是一种通用的四脚扁平组件，它采用砷铝镓红外发光二管和硅光电晶体管组合而成，并将其封装4×4.4×2立方毫米的体积之内，其响应速度为10μs。而PS2041和PS2042型光电耦合器则是将砷铝镓发光二管和光电晶体管集成在同一衬底上的六脚封装组件，它们的大小为7.08×7.6×3.5立方毫米，响应时间为0.3μs。
中国国内有关单位投入大量人力物力也研究和开发了各种光电耦合器件。如上海半导体器件八厂、上海无线电十七厂等。而重庆光电技术研究所为了适应市场需要研制出了一种由高速响应发光器件和逻辑输出型光接收放大器组成的厚膜集成双路高速高增益电耦合器。这种光电耦合器的输入端由两只GaAIAs侧面发光管组成，其输出端由两只Si—PIN光电探测器以及两个高速高增益线性放大电路组成。除此之外，重庆光电技术研究所还研制出了高速高压光电耦合器、GG2150I型射频信号光电耦合器、GG2060I型高压脉冲测量光电耦合器、GH1204U型高压光传输光电耦合器以及GH1201Y型和GOHQ-I型光电耦合器等。
产品检测：
1、用万用表判断好坏，断开输入端电源，用R×1k档测1、2脚电阻，正向电阻为几百欧，反向电阻几十千
欧，3、4脚间电阻应为无限大。1、2脚与3、4脚间任意一组，阻值为无限大，输入端接通电源后，3、4脚的电阻很小。调节RP，3、4间脚电阻发生变化，说明该器件是好的。注：不能用R×10k档，否则导致发射管击穿。2、简易测试电路，当接通电源后，LED不发光，按下SB，LED会发光，调节RP、LED的发光强度会发生变化，说明被测光电耦合器是好的。
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。目前它已成为种类多、用途广的光电器件之一。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。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，可以大大提高计算机工作的可靠性。
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
技术参数：
一、输入特性
光耦合器的输入特性实际也就是其内部发光二管的特性。常见的参数有：
1. 正向工作电压Vf（Forward Voltage）
Vf是指在给定的工作电流下，LED本身的压降。常见的小功率LED通常以If=20mA来测试正向工作电压，当然不同的LED，测试条件和测试结果也会不一样。
2. 反向电压Vr（Reverse Voltage ）
是指LED所能承受的大反向电压，超过此反向电压，可能会损坏LED。在使用交流脉冲驱动LED时，要特别注意不要超过反向电压。
3. 反向电流Ir（Reverse Current）
通常指在大反向电压情况下，流过LED的反向电流。
4. 允许功耗Pd（Maximum Power Dissipation）
LED所能承受的大功耗值。超过此功耗，可能会损坏LED。
5. 中心波长λp（Peak Wave Length）
是指LED所发出光的中心波长值。波长直接决定光的颜色，对于双色或多色LED，会有几个不同的中心波长值。
6. 正向工作电流If（Forward Current）
If是指LED正常发光时所流过的正向电流值。不同的LED，其允许流过的大电流也会不一样。
7. 正向脉冲工作电流Ifp（Peak Forward Current）
Ifp是指流过LED的正向脉冲电流值。为保证寿命，通常会采用脉冲形式来驱动LED，通常LED规格书中给中的Ifp是以0.1ms脉冲宽度,占空比为1/10的脉冲电流来计算的。
二、输出特性
光耦合器的输出特性实际也就是其内部光敏三管的特性，与普通的三管类似。常见的参数有：
1. 集电电流Ic（Collector Current）
光敏三管集电所流过的电流，通常表示其大值。
2. 集电-发射电压Vceo（C-E Voltage）
集电-发射所能承受的电压。
3. 发射-集电电压Veco（E-C Voltage）
发射-集电所能承受的电压
4. 反向截止电流Iceo
5. C-E饱和电压Vce(sat)（C-E Saturation Voltage）
四、传输特性：
1．电流传输比CTR（Current Transfer Radio）
2．上升时间Tr （Rise Time）& 下降时间Tf（Fall Time）
其它参数诸如工作温度、耗散功率等不再一一敷述。
三、隔离特性
1．入出间隔离电压Vio（Isolation Voltage）
光耦合器输入端和输出端之间绝缘耐压值。
2．入出间隔离电容Cio（Isolation Capacitance）：
光耦合器件输入端和输出端之间的电容值
3．入出间隔离电阻Rio：（Isolation Resistance）
半导体光耦合器输入端和输出端之间的绝缘电阻值。
光耦合器的技术参数主要有发光二管正向压降VF、正向电流IF、电流传输比CTR、输入级与输出级之间的绝缘电阻、集电-发射反向击穿电压V(BR)CEO、集电-发射饱和压降VCE(sat）。此外，在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降时间、延迟时间和存储时间等参数。
电流传输比是光耦合器的重要参数，通常用直流电流传输比来表示。当输出电压保持恒定时，它等于直流输出电流IC与直流输入电流IF的百分比。
使用光电耦合器主要是为了提供输入电路和输出电路间的隔离，在设计电路时，必须遵循下列原则：所选用的光电耦合器件必须符合国内和国际的有关隔离击穿电压的标准；由英国埃索柯姆（Isocom）公司、美国FAIRCHILD生产的4N××系列（如4N25、4N26、4N35）光耦合器，在国内应用地十分普遍。可以用于单片机的输出隔离；所选用的光耦器件必须具有较高的耦合系数。
以下为光电耦合器的常用参数：
反向电流IR：在被测管两端加规定反向工作电压VR时，二管中流过的电流。
反向击穿电压VBR：被测管通过的反向电流IR为规定值时，在两间所产生的电压降。
正向压降VF：二管通过的正向电流为规定值时，正负之间所产生的电压降。
正向电流IF：在被测管两端加一定的正向电压时二管中流过的电流。结电容CJ：在规定偏压下，被测管两端的电容值。
反向击穿电压V(BR)CEO：发光二管开路，集电电流IC为规定值，集电与发射集间的电压降。
输出饱和压降VCE(sat)：发光二管工作电流IF和集电电流IC为规定值时，并保持IC/IF≤CTRmin时（CTRmin在被测管技术条件中规定）集电与发射之间的电压降。
反向截止电流ICEO：发光二管开路，集电至发射间的电压为规定值时，流过集电的电流为反向截止电流。
电流传输比CTR：输出管的工作电压为规定值时，输出电流和发光二管正向电流之比为电流传输比CTR。
脉冲上升时间tr,下降时间tf：光耦合器在规定工作条件下，发光二管输入规定电流IFP的脉冲波，输出端管则输出相应的脉冲波，从输出脉冲前沿幅度的10%到90%，所需时间为脉冲上升时间tr。从输出脉冲后沿幅度的90%到10%，所需时间为脉冲下降时间tf。
传输延迟时间tPHL,tPLH：从输入脉冲前沿幅度的50%到输出脉冲电平下降到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPHL。从输入脉冲后沿幅度的50%到输出脉冲电平上升到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPLH。
入出间隔离电容CIO：光耦合器件输入端和输出端之间的电容值。
入出间隔离电阻RIO：半导体光耦合器输入端和输出端之间的绝缘电阻值。
入出间隔离电压VIO：光耦合器输入端和输出端之间绝缘耐压值.
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管，因此，它的输入特性可用发光二管的伏安特性来表示；输出端是光敏三管，因此光敏三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电路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接成互补推挽式电路，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。这种互补推挽式电路的频率特性大大优于单个光电耦合器的频率特性。
此外，在光敏三管的光敏基上增加正反馈电路，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，这个电路可以将光耦的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电路，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。这种接口电路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电路设计。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电路设计，可以达到简化电路设计，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。
性能特点：
光耦合器的主要优点是单向传输信号，输入端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高。它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电路、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。由于光电耦合器的输入阻抗与一般干扰源的阻抗相比较小，因此分压在光电耦合器的输入端的干扰电压较小，它所能提供的电流并不大，不易使半导体二管发光；由于光电耦合器的外壳是密封的，它不受外部光的影响；光电耦合器的隔离电阻很大（约1012Ω）、隔离电容很小（约几个pF）所以能阻止电路性耦合产生的电磁干扰。线性方式工作的光电耦合器是在光电耦合器的输入端加控制电压，在输出端会成比例地产生一个用于进一步控制下一级的电路的电压。线性光电耦合器由发光二管和光敏三管组成，当发光二管接通而发光，光敏三级管导通，光电耦合器是电流驱动型，需要足够大的电流才能使发光二管导通，如果输入信号太小，发光二管不会导通，其输出信号将失真。在开关电源，尤其是数字开关电源中。
采用一只光敏三管的光耦合器，CTR的范围大多为20%～300%（如4N35），而PC817则为80%～160%，达林顿型光耦合器（如4N30）可达100%～5000%。这表明欲获得同样的输出电流，后者只需较小的输入电流。因此，CTR参数与晶体管的hFE有某种相似之处。线性光耦合器与普通光耦合器典型的CTR-IF特性曲线。
普通光耦合器的CTR-IF特性曲线呈非线性，在IF较小时的非线性失真尤为严重，因此它不适合传输模拟信号。线性光耦合器的CTR-IF特性曲线具有良好的线性度，特别是在传输小信号时，其交流电流传输比（ΔCTR=ΔIC/ΔIF)很接近于直流电流传输比CTR值。因此，它适合传输模拟电压或电流信号，能使输出与输入之间呈线性关系。这是其重要特性。
必须遵循下列原则：所选用的光电耦合器件必须符合国际的有关隔离击穿电压的标准；由英国埃索柯姆（Isocom）公司、美国摩托罗拉公司生产的4N××系列（如4N25 、4N26、4N35）光耦合器
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