光耦隔離就是采用光耦合器進行隔離。光耦合器的結構相當于把發光二極管和光敏三極管封裝在一起。光耦隔離電路使被隔離的兩部分電路之間沒有電的直接連接,主要是防止因有電的連接而引起的干擾,特別是低壓的控制電路與外部高壓電路之間。
光耦的主要構件是發光器件和光敏器件,發光器件一般都是IRLED,而光接受器件有光敏二極管、光敏三極管、達林頓管、光集成電路等類型,在高頻開關電源中,對光耦的響應速度要求很高,故一般采用如圖所示的響應較快的高速型,延遲時間在500nS以內。用于模擬信號或直流信號傳輸時,應采用線性光耦以減小失真,而傳輸數字開關信號時,對其線性度的要求不太嚴格。
光耦隔離的主要作用!
光耦的主要作用就是隔離作用,如信號隔離或光電的隔離。隔離能起到保護的作用,如一邊是微處理器控制電路,另一邊是高電壓執行端,如市電啟動的電機,電燈等等,就可以用光耦隔離開。當兩個不同型號的光耦只有負載電流不同時,可以用大負載電流的光耦代替小負載電流的光耦。
一個光控晶閘管(photo-thyristor)耦合(couple to)一個砷化鎵(gallium arsenide)紅外發光二極管(diode)組成。左邊1和2腳是發光二極管,當外加電壓后,驅動發光二極管(LED),使之發出一定波長的光,以此來觸發光控晶閘管。光控晶閘管的特點是門極區集成了一個光電二極管,觸發信號源與主回路絕緣,它的關鍵是觸發靈敏度要高。光控晶閘管控制極的觸發電流由器件中光生載流子提。光控晶閘管陽極和陰極間加正壓,門極區若用一定波長的光照射,則光控晶閘管由斷態轉入通態。為提高光控晶閘管觸發靈敏度,門極區常采用放大門極結構或雙重放大門極結構。為滿足高的重加電壓上升率,常采用陰極發射極短路結構。小功率光控晶閘管常應用于電隔離,為較大的晶閘管提供控制極觸發;也可用于繼電器、自動控制等方面。大功率光控晶閘管主要用于高壓直流輸電。
當1和2腳加上5V以上電源后,就能使發光管發光,驅動光控晶閘管進入通態,此時,5和4腳構成一個電阻,阻值大約為10K。當1和2不加電壓時,則4和5可以看成一個無窮大的電阻。阻止電流流通,起到隔離保護的作用。
用于傳遞模擬信號的光耦合器的發光器件為二極管、光接收器為光敏三極管。當有電流通過發光二極管時,便形成一個光源,該光源照射到光敏三極管表面上,使光敏三極管產生集電極電流,該電流的大小與光照的強弱,亦即流過二極管的正向電流的大小成正比。由于光耦合器的輸入端和輸出端之間通過光信號來傳輸,因而兩部分之間在電氣上完全隔離,沒有電信號的反饋和干擾,故性能穩定,抗干擾能力強。發光管和光敏管之間的耦合電容小(2pf左右)、耐壓高(2.5KV左右),故共模抑制比很高。輸入和輸出間的電隔離度取決于兩部分供電電源間的絕緣電阻。此外,因其輸入電阻小(約10Ω),對高內阻源的噪聲相當于被短接。因此,由光耦合器構成的模擬信號隔離電路具有優良的電氣性能。
事實上,光耦合器是一種由光電流控制的電流轉移器件,其輸出特性與普通雙極型晶體管的輸出特性相似,因而可以將其作為普通放大器直接構成模擬放大電路,并且輸入與輸出間可實現電隔離。然而,這類放大電路的工作穩定性較差,無實用價值。究其原因主要有兩點:一是光耦合器的線性工作范圍較窄,且隨溫度變化而變化;二是光耦合器共發射極電流傳輸系數β和集電極反向飽和電流ICBO(即暗電流)受溫度變化的影響明顯。因此,在實際應用中,除應選用線性范圍寬、線性度高的光耦合器來實現模擬信號隔離外,還必須在電路上采取有效措施,盡量消除溫度變化對放大電路工作狀態的影響。
從光耦合器的轉移特性與溫度的關系可以看出,若使光耦合器構成的模擬隔離電路穩定實用,則應盡量消除暗電流(ICBO)的影響,以提高線性度,做到靜態工作點IFQ隨溫度的變化而自動調整,以使輸出信號保持對稱性,使輸入信號的動態范圍隨溫度變化而自動變化,以抵消β值隨溫度變化的影響,保證電路工作狀態的穩定性。
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