光耦的定義：

耦合器(opticalcoupler，英文縮寫為OC)亦稱光電隔離器，簡(jiǎn)稱光耦，是開關(guān)電源電路中常用的器件。

光耦的工作原理：

耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(LED)，使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。

光耦的優(yōu)點(diǎn)：

光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。光耦合器是70年代發(fā)展起來(lái)產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過(guò)調(diào)節(jié)控制端電流來(lái)改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。

光耦的種類：

光電耦合器分為兩種：一種為非線性光耦，另一種為線性光耦。

非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合于開關(guān)信號(hào)的傳輸，不適合于傳輸模擬量。常用的4N系列光耦屬于非線性光耦。

線性光耦的電流傳輸特性曲線接近直線，并且小信號(hào)時(shí)性能較好，能以線性特性進(jìn)行隔離控制。常用的線性光耦是PC817A—C系列。

開關(guān)電源中常用的光耦是線性光耦。如果使用非線性光耦，有可能使振蕩波形變壞，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)寄生振蕩，使數(shù)千赫的振蕩頻率被數(shù)十到數(shù)百赫的低頻振蕩依次為號(hào)調(diào)制。由此產(chǎn)生的后果是對(duì)彩電，彩顯，VCD，DCD等等，將在圖像畫面上產(chǎn)生干擾。同時(shí)電源帶負(fù)載能力下降。在彩電，顯示器等開關(guān)電源維修中如果光耦損壞，一定要用線性光耦代換。常用的4腳線性光耦有PC817A----C。PC111TLP521等常用的六腳線性光耦有：LP632TLP532PC614PC714PS2031等。常用的4N254N264N354N36是不適合用于開關(guān)電源中的，因?yàn)檫@4種光耦均屬于非線性光耦。

光耦的作用：

由于光耦種類繁多，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，優(yōu)點(diǎn)突出，因而其應(yīng)用十分廣泛，主要應(yīng)用以下場(chǎng)合：

(1)在邏輯電路上的應(yīng)用

光電耦合器可以構(gòu)成各種邏輯電路，由于光電耦合器的抗干擾性能和隔離性能比晶體管好，因此，由它構(gòu)成的邏輯電路更可靠。

(2)作為固體開關(guān)應(yīng)用

在開關(guān)電路中，往往要求控制電路和開關(guān)之間要有很好的電隔離，對(duì)于一般的電子開關(guān)來(lái)說(shuō)是很難做到的，但用光電耦合器卻很容易實(shí)現(xiàn)。

(3)在觸發(fā)電路上的應(yīng)用

將光電耦合器用于雙穩(wěn)態(tài)輸出電路，由于可以把發(fā)光二極管分別串入兩管發(fā)射極回路，可有效地解決輸出與負(fù)載隔離地問(wèn)題。

(4)在脈沖放大電路中的應(yīng)用

光電耦合器應(yīng)用于數(shù)字電路，可以將脈沖信號(hào)進(jìn)行放大。

(5)在線性電路上的應(yīng)用

線性光電耦合器應(yīng)用于線性電路中，具有較高地線性度以及優(yōu)良地電隔離性能。

(6)特殊場(chǎng)合的應(yīng)用

光電耦合器還可應(yīng)用于高壓控制，取代變壓器，代替觸點(diǎn)繼電器以及用于A/D電路等多種場(chǎng)合。

線性光耦合器的選取原則：

在設(shè)計(jì)光耦反饋式開關(guān)電源時(shí)必須正確選擇線性光耦合器的型號(hào)及參數(shù)，選取原則如下：

①光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許范圍是50%～200%。這是因?yàn)楫?dāng)CTR<50%時(shí)，光耦中的LED就需要較大的工作電流(IF>5.0mA)，才能正常控制單片開關(guān)電源IC的占空比，這會(huì)增大光耦的功耗。若CTR>200%，在啟動(dòng)電路或者當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時(shí)，有可能將單片開關(guān)電源誤觸發(fā)，影響正常輸出。

②推薦采用線性光耦合器，其特點(diǎn)是CTR值能夠在一定范圍內(nèi)做線性調(diào)整。

③由英國(guó)埃索柯姆(Isocom)公司、美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的4N××系列(如4N25、4N26、4N35)光耦合器，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用地十分普遍。鑒于此類光耦合器呈現(xiàn)開關(guān)特性，其線性度差，適宜傳輸數(shù)字信號(hào)(高、低電平)，因此不推薦用在開關(guān)電源中。

3線性光耦合器應(yīng)用舉例

多路輸出式電源變換器電路如圖3所示。其輸入電壓為36V到90V的準(zhǔn)方波電壓，三路輸出分為：UO1=+5V(2A)，UO2=+15V(0.17A)，UO3=-15V(0.17A)?，F(xiàn)將UO1定為主輸出，其電壓調(diào)整率SV=±0.4%;UO2和UO3為輔輸出，總電源效率可達(dá)75%～80%。電路中采用一片TOP104Y型三端單片開關(guān)電源集成電路。主輸出繞組電壓經(jīng)過(guò)VD2、C2、L1和C3整流濾波后，得到+5V電壓。VD2采用MBR735型35V/7.5A肖特基二極管。兩個(gè)輔輸出繞組及輸出電路完全呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)。因?yàn)椤?5V輸出電流較小，故整流管VD4和VD5均采用UF4002型100V/1A的超快恢復(fù)二極管。由線性光耦CNY17-2和可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431C構(gòu)成光耦反饋式精密開關(guān)電源，可以對(duì)+5V電壓進(jìn)行精密調(diào)整。反饋繞組電壓通過(guò)VD3、C4整流濾波后，得到12V反饋電壓。由P6KE120型瞬態(tài)電壓抑制器和UF4002型超快恢復(fù)二極管構(gòu)成的漏極鉗位保護(hù)電路，能吸收由高頻變壓器漏感形成的尖峰電壓，保護(hù)芯片內(nèi)部的功率場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET不受損壞。

外部誤差放大器由TL431C組成。當(dāng)+5V輸出電壓升高時(shí)，經(jīng)R3、R4分壓后得到的取樣電壓，就與TL431C中的2.5V帶隙基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，使其陰極電位降低，LED的工作電流IF增大，再通過(guò)線性光耦I(lǐng)C2(CNY17-2)使控制端電流IC增大，TOP104Y的輸出占空比減小，使UO1維持不變，達(dá)到穩(wěn)壓目的。+5V穩(wěn)壓值UO1則由TL431C、光耦中的LED正向壓降來(lái)設(shè)定。R1是LED的限流電阻。誤差放大器的頻率響應(yīng)由C5、R2和C6來(lái)決定。C5的作用有三個(gè)：濾除控制端上的尖峰電壓;決定自動(dòng)重啟動(dòng)頻率;與R2一起對(duì)控制回路進(jìn)行補(bǔ)償。