光耦合器（或光隔離器）是一種將電路電隔離的器件，不僅在隔離方面非常出色，而且允許您連接到具有不同接地層或在不同電壓電平下工作的電路。光耦合器具有“故障安全”功能，因?yàn)槿绻艿礁哂谧畲箢~定值的電壓，它們會(huì)以開(kāi)路形式斷開(kāi)。光耦合器通過(guò)獲取輸入端接收到的信號(hào)，并使用光將信號(hào)傳輸?shù)捷敵龆藖?lái)實(shí)現(xiàn)這種隔離。

光耦合器使用紅外發(fā)光二極管（LED）將其輸入端的信號(hào)轉(zhuǎn)換為紅外光束。紅外光束穿過(guò)光耦合器封裝內(nèi)的間隙到達(dá)光敏器件（例如光電二極管、光電晶體管等），光再次變回信號(hào)，并將其作為輸出從光耦合器發(fā)送出去。光耦合器內(nèi)部有一個(gè)氣隙或中空玻璃，供光束穿過(guò)，因此光耦合器的輸入側(cè)和輸出側(cè)之間不存在電氣連接。常用的光耦合器4N25，如圖1所示。.

圖1.4N25是一個(gè)很好的基本例子，但正式過(guò)時(shí)了。盡管如此，原始零件編號(hào)的許多變體都是可用的。

光耦合器在光耦合器的輸入端和輸出端的電路之間提供完全的電氣隔離。光耦合器的輸出鏡像輸入，連接光耦合器就像操作LED，可能需要使用限流電阻（查看光耦合器數(shù)據(jù)手冊(cè)）。雖然光耦合器受其工作頻率的限制（這主要取決于內(nèi)部感光器的類(lèi)型），但光耦合器提供過(guò)壓、高壓瞬變保護(hù)，并可用于消除光耦合器工作范圍之外的噪聲。

似乎光耦合器最適合在數(shù)字環(huán)境中使用，但是，可以使用光耦合器來(lái)隔離脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)。然而，光耦合器的速度是關(guān)鍵;PWM的最小脈沖寬度必須長(zhǎng)于光耦合器的開(kāi)關(guān)速度。但是，如何從光耦合器數(shù)據(jù)手冊(cè)中梳理這些信息呢？

簡(jiǎn)而言之，PWM的頻率（F脈寬調(diào)制）（Hz）與光耦合器必須達(dá)到的最大步進(jìn)數(shù)有關(guān)。最好先進(jìn)行一些計(jì)算，在紙上試驗(yàn)各種可能性，這比猜測(cè)和購(gòu)買(mǎi)光耦合器以查看它們是否有效更有效。

如果您知道PWM的頻率（F脈寬調(diào)制）和上升時(shí)間（tR）和下降時(shí)間（tF）的光耦合器：F脈寬調(diào)制=2/n（tR+噸F），其中n是光耦合器可以容納的離散步進(jìn)數(shù)。求解n：

n=2/[F脈寬調(diào)制（噸R+噸F)]

根據(jù)光耦合器數(shù)據(jù)手冊(cè)中給定的上升和下降時(shí)間，您可以獲得光耦合器應(yīng)該能夠適應(yīng)的步驟數(shù)。

示例1：4N25

4N25列表僅在2μs和10μs（最大值）時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間。求解n時(shí)，您會(huì)發(fā)現(xiàn)在2kHz的PWM頻率下，4N25光耦合器最多可以看到83個(gè)步進(jìn)。除非您愿意從PWM降低到低得多的頻率，否則4N25光耦合器能夠解析的步數(shù)將很差。但是，4位PWM產(chǎn)生16步（24=16），由于4N25最多可以達(dá)到83步，因此這些參數(shù)可以一起工作。但是，如果您想以更高的頻率或分辨率工作，高速光耦合器會(huì)更好。

示例2：FOD8012A

讓我們看一個(gè)成本更高的光耦合器，如FOD8012A，它有一個(gè)R和tF組合13ns，具有相同的2kHzPWM。求解n給了我們7，692步。因此，該光耦合器可以從工作在7kHz的PWM中分辨692，2步。如果您有一個(gè)10位PWM，它有1024步（210=1024），這種高速光耦合器將具有過(guò)分的殺傷力，因?yàn)楣怦詈掀髟?kHz的PWM頻率下可以處理超過(guò)000，2個(gè)步進(jìn)。

關(guān)鍵是，下一步是找到一個(gè)成本較低的光耦合器并重新計(jì)算，直到找到一個(gè)成本最低的光耦合器，并且在特定頻率下仍然遠(yuǎn)高于PWM分辨率。（我一直覺(jué)得“價(jià)格”是一個(gè)“規(guī)格”，但制造商不喜歡這樣想。或者，您可以看到，如果將PWM頻率提高到20kHz，則可以從FOD769A獲得8012步。經(jīng)過(guò)幾次迭代的計(jì)算后，您開(kāi)始了解可能有效的方法。

請(qǐng)記住，光耦合器在許多方面差異很大，包括不同制造商的器件特性。以上是關(guān)于在電路中測(cè)試光耦合器之前如何縮小選擇范圍的縮略圖。

應(yīng)用

光耦合器用于電源穩(wěn)壓器，作為微處理器和其他敏感器件輸入的保護(hù)，以及更多應(yīng)用。光耦合器還集成到其他器件中，如開(kāi)關(guān)和繼電器（并作為隔離開(kāi)關(guān)和隔離繼電器銷(xiāo)售），用于計(jì)量、儀器儀表、工業(yè)控制和測(cè)試設(shè)備。

圖2.VOR2142是一款光隔離固態(tài)繼電器，峰值負(fù)載電壓為400V。光耦合器封裝看起來(lái)像一個(gè)典型的集成芯片（左）

審核編輯黃宇