中心議題：

• 光耦合器的性能特點
• 線性光耦合器的產品及選取原則
• 開關電源中光電耦合器電路的設計

隨著開關電源技術和綠色電源的飛速發展，APFC技術成為當前研究的熱點，電子式開關電源技術已經成熟，而且有相當多的控製方式。目前人們正在進行數字式開關電源的研究與開發，已經有數字式帶功率因數校正的開關電源產品上市。對dui於yu數shu字zi式shi開kai關guan電dian源yuan，隔ge離li技ji術shu和he抗kang幹gan擾rao技ji術shu是shi至zhi關guan重zhong要yao的de
，隨sui著zhe電dian子zi元yuan器qi件jian的de迅xun速su發fa展zhan，光guang電dian耦ou合he器qi的de線xian性xing度du越yue來lai越yue高gao，光guang電dian耦ou合he器qi是shi目mu前qian在zai單dan片pian機ji和he開kai關guan電dian源yuan中zhong用yong得de最zui多duo隔ge離li抗kang幹gan擾rao器qi件jian。

光耦合器（optical coupler

，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡稱光耦。它是以光為媒介來傳輸電信號的器件，通常把發光器（紅外線發光二極管LED）與受光器（光敏半導體管）封裝在同一管殼內。當輸入端加電信號時發光器發出光線，受光器接受光線之後就產生光電流
，從輸出端流出，從而實現了“電—光—電”轉換。以光為媒介把輸入端信號耦合到輸出端的光電耦合器，由於它具有體積小、壽命長
、無wu觸chu點dian，抗kang幹gan擾rao能neng力li強qiang，輸shu出chu和he輸shu入ru之zhi間jian絕jue緣yuan，單dan向xiang傳chuan輸shu信xin號hao等deng優you點dian
，在zai數shu字zi電dian路lu上shang獲huo得de廣guang泛fan的de應ying用yong。通tong常chang的de光guang電dian耦ou合he器qi由you於yu它ta的de非fei線xian性xing

，因yin此ci在zai模mo擬ni電dian路lu中zhong的de應ying用yong隻zhi限xian於yu對dui較jiao高gao頻pin率lv的de小xiao信xin號hao的de隔ge離li傳chuan送song。普pu通tong光guang耦ou合he器qi隻zhi能neng傳chuan輸shu數shu字zi（開關）信號，不適合傳輸模擬信號。近年來問世的線性光耦合器能夠傳輸連續變化的模擬電壓或模擬電流信號，使其應用領域大為拓寬。

光耦合器的性能特點

guangouheqidezhuyaoyoudianshidanxiangchuanshuxinhao，shuruduanyushuchuduanwanquanshixianledianqigeli，kangganraonengliqiang，shiyongshoumingchang，chuanshuxiaolvgao。taguangfanyongyudianpingzhuanhuan、信號隔離、級間隔離、開關電路
、遠距離信號傳輸、脈衝放大、固態繼電器(SSR)
、儀器儀表、通tong信xin設she備bei及ji微wei機ji接jie口kou中zhong。由you於yu光guang電dian耦ou合he器qi的de輸shu入ru阻zu抗kang與yu一yi般ban幹gan擾rao源yuan的de阻zu抗kang相xiang比bi較jiao小xiao，因yin此ci分fen壓ya在zai光guang電dian耦ou合he器qi的de輸shu入ru端duan的de幹gan擾rao電dian壓ya較jiao小xiao，它ta所suo能neng提ti供gong的de電dian流liu並bing不bu大da，不bu易yi使shi半ban導dao體ti二er極ji管guan發fa光guang
；由於光電耦合器的外殼是密封的
，它不受外部光的影響
；光電耦合器的隔離電阻很大（約1012Ω）
、隔離電容很小（約幾個pF）所(suo)以(yi)能(neng)阻(zu)止(zhi)電(dian)路(lu)性(xing)耦(ou)合(he)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)。線(xian)性(xing)方(fang)式(shi)工(gong)作(zuo)的(de)光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)是(shi)在(zai)光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)端(duan)加(jia)控(kong)製(zhi)電(dian)壓(ya)，在(zai)輸(shu)出(chu)端(duan)會(hui)成(cheng)比(bi)例(li)地(di)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)用(yong)於(yu)進(jin)一(yi)步(bu)控(kong)製(zhi)下(xia)一(yi)級(ji)的(de)電(dian)路(lu)的(de)電(dian)壓(ya)。線(xian)性(xing)光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)由(you)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)和(he)光(guang)敏(min)三(san)極(ji)管(guan)組(zu)成(cheng)
，當(dang)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)接(jie)通(tong)而(er)發(fa)光(guang)，光(guang)敏(min)三(san)級(ji)管(guan)導(dao)通(tong)
，光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)是(shi)電(dian)流(liu)驅(qu)動(dong)型(xing)
，需(xu)要(yao)足(zu)夠(gou)大(da)的(de)電(dian)流(liu)才(cai)能(neng)使(shi)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)導(dao)通(tong)
，如(ru)果(guo)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)太(tai)小(xiao)，發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)不(bu)會(hui)導(dao)通(tong)，其(qi)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)將(jiang)失(shi)真(zhen)。在(zai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)，尤(you)其(qi)是(shi)數(shu)字(zi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)中(zhong)
，利(li)用(yong)線(xian)性(xing)光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)可(ke)構(gou)成(cheng)光(guang)耦(ou)反(fan)饋(kui)電(dian)路(lu)
，通(tong)過(guo)調(tiao)節(jie)控(kong)製(zhi)端(duan)電(dian)流(liu)來(lai)改(gai)變(bian)占(zhan)空(kong)比(bi)，達(da)到(dao)精(jing)密(mi)穩(wen)壓(ya)目(mu)的(de)。

光耦合器的技術參數主要有發光二極管正向壓降VF、正向電流IF

、電流傳輸比CTR、輸入級與輸出級之間的絕緣電阻

、集電極-發射極反向擊穿電壓V(BR)CEO、集電極-發射極飽和壓降VCE(sat)。此外，在傳輸數字信號時還需考慮上升時間、下降時間、延遲時間和存儲時間等參數。

電流傳輸比是光耦合器的重要參數
，通常用直流電流傳輸比來表示。當輸出電壓保持恒定時
，它等於直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比。其公式為：

采用一隻光敏三極管的光耦合器，CTR的範圍大多為20%～300%（如4N35），而PC817則為80%～160%，達林頓型光耦合器（如4N30）可達100%～5000%。這表明欲獲得同樣的輸出電流，後者隻需較小的輸入電流。因此，CTR參數與晶體管的hFE有某種相似之處。線性光耦合器與普通光耦合器典型的CTR-IF特性曲線，分別如圖1中的虛線和實線所示。

由圖1可見
，普通光耦合器的CTR-IF特性曲線呈非線性，在IF較小時的非線性失真尤為嚴重，因此它不適合傳輸模擬信號。線性光耦合器的CTR-IF特性曲線具有良好的線性度，特別是在傳輸小信號時，其交流電流傳輸比(ΔCTR＝ΔIC/ΔIF)很接近於直流電流傳輸比CTR值。因此，它適合傳輸模擬電壓或電流信號
，能使輸出與輸入之間呈線性關係。這是其重要特性。

使用光電耦合器主要是為了提供輸入電路和輸出電路間的隔離，在設計電路時，必須遵循下列原則：所選用的光電耦合器件必須符合國內和國際的有關隔離擊穿電壓的標準；由英國埃索柯姆(Isocom)公司
、美國摩托羅拉公司生產的4N××係列(如4N25 、4N26、4N35)光耦合器，目前在國內應用地十分普遍。鑒於此類光耦合器呈現開關特性
，其線性度差
，適宜傳輸數字信號(高、低電平)，可以用於單片機的輸出隔離
；所選用的光耦器件必須具有較高的耦合係數。
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線性光耦合器的產品及選取原則

線性光耦合器的典型產品及主要參數見表1，這些光耦均以光敏三極管作為接收管。

在開關電源的隔離中，以及設計光耦反饋式開關電源時必須正確選擇線性光耦合器的型號及參數
， 除了必須遵循普通光耦的選取原則外，還必須遵循下列原則：

1、光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許範圍是50%～200%。這是因為當CTR＜50%時，光耦中的LED就需要較大的工作電流(IF＞5.0mA)，才能正常控製單片開關電源IC的占空比
，這會增大光耦的功耗。若CTR＞200%
，在啟動電路或者當負載發生突變時，有可能將單片開關電源誤觸發
，影響正常輸出。

2、若用放大器電路去驅動光電耦合器，必須精心設計
，保證它能夠補償耦合器的溫度不穩定性和漂移。

3、推薦采用線性光耦合器

，其特點是CTR值能夠在一定範圍內做線性調整。

上(shang)述(shu)使(shi)用(yong)的(de)光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)時(shi)工(gong)作(zuo)在(zai)線(xian)性(xing)方(fang)式(shi)下(xia)，在(zai)光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)端(duan)加(jia)控(kong)製(zhi)電(dian)壓(ya)
，在(zai)輸(shu)出(chu)端(duan)會(hui)成(cheng)比(bi)例(li)地(di)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)用(yong)於(yu)進(jin)一(yi)步(bu)控(kong)製(zhi)下(xia)一(yi)級(ji)電(dian)路(lu)的(de)電(dian)壓(ya)，是(shi)單(dan)片(pian)機(ji)進(jin)行(xing)閉(bi)環(huan)調(tiao)節(jie)控(kong)製(zhi)，對(dui)電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)起(qi)到(dao)穩(wen)壓(ya)的(de)作(zuo)用(yong)。

開關電源中光電耦合器電路的設計

在圖2的開關電源中我們采用的電壓環進行閉環調節實現輸出電壓的穩定輸出，選用NEC公司的PS2501光電耦合器作為輸入采樣、反饋信號、輸shu出chu驅qu動dong與yu單dan片pian機ji之zhi間jian隔ge離li器qi件jian，一yi方fang麵mian光guang電dian耦ou合he器qi可ke以yi起qi到dao隔ge離li兩liang個ge係xi統tong地di線xian的de作zuo用yong

，使shi兩liang個ge係xi統tong的de電dian源yuan相xiang互hu獨du立li，消xiao除chu地di電dian位wei不bu同tong所suo產chan生sheng的de影ying響xiang。另ling一yi方fang麵mian，光guang電dian耦ou合he器qi的de發fa光guang二er極ji管guan是shi電dian流liu驅qu動dong器qi件jian，可ke以yi形xing成cheng電dian流liu環huan路lu的de傳chuan送song形xing式shi，電dian流liu環huan路lu是shi低di阻zu抗kang電dian路lu

，對dui噪zao音yin的de敏min感gan度du低di，提ti高gao了le係xi統tong的de抗kang幹gan擾rao能neng力li，起qi到dao了le電dian磁ci兼jian容rong和he隔ge離li抗kang幹gan擾rao的de作zuo用yong，不bu會hui因yin為wei電dian路lu中zhong的de高gao頻pin電dian流liu的de電dian磁ci幹gan擾rao對dui單dan片pian機ji產chan生sheng幹gan擾rao，同tong時shi消xiao除chu了le電dian磁ci幹gan擾rao而er引yin起qi開kai關guan管guan誤wu觸chu發fa造zao成cheng的de損sun壞huai
，而er且qie線xian性xing度du也ye比bi較jiao好hao。所suo以yi在zai圖tu2中
，單片機與模擬電路分別使用相互獨立的電源，COM1與COM2是兩個不同的電源地，以消除模擬電路對單片機的幹擾。

TL431是一個基準電壓穩壓器電路，它可以作為低溫度係數的可編程參考放大器使用
，允許灌入電流大100mA。在TL431內部是一個2.5V的基準電壓，因而它的參考端輸入電壓可由直流輸出電壓的分壓來提供

，可使它呈現優良的工作狀態。它具有很低的輸出噪聲和僅為50ppm/C的溫度係數。用來作參考基準電源十分理想。在圖2中電阻R11和電容C6組成的阻容網絡在實際應用電路中是必不可少的，它主要用於品率補償。

為wei了le徹che底di阻zu斷duan幹gan擾rao信xin號hao進jin入ru係xi統tong，不bu僅jin信xin號hao通tong路lu要yao隔ge離li，而er且qie輸shu入ru或huo輸shu出chu電dian路lu與yu係xi統tong的de電dian源yuan也ye要yao隔ge離li，即ji這zhe些xie電dian路lu分fen別bie使shi用yong相xiang互hu獨du立li的de隔ge離li電dian源yuan。對dui於yu共gong模mo幹gan擾rao，采cai用yong隔ge離li技ji術shu，即ji利li用yong變bian壓ya器qi或huo線xian性xing光guang電dian耦ou合he器qi，將jiang輸shu入ru地di與yu輸shu出chu地di斷duan開kai，使shi幹gan擾rao沒mei有you回hui路lu而er被bei抑yi製zhi。在zai開kai關guan電dian源yuan中zhong，光guang電dian耦ou合he器qi是shi一yi個ge是shi非fei重zhong要yao的de外wai圍wei器qi件jian，設she計ji者zhe可ke以yi充chong分fen的de利li用yong它ta的de輸shu入ru輸shu出chu隔ge離li作zuo用yong對dui單dan片pian機ji進jin行xing抗kang幹gan擾rao設she計ji，並bing對dui變bian換huan器qi進jin行xing閉bi環huan穩wen壓ya調tiao節jie。