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光耦合器IC：应用和组件选择
光耦合器IC：应用和组件选择
对于新设计人员来说，光耦合器听起来可能与电子设备无关，但是它们是在不同电路模块之间提供隔离的重要设备。光耦合器IC集成了像简单开关一样工作的光学元件。它们很容易带入不同的电路，并且很好地在以不同电压运行的电路块之间提供了隔离。它们也是用于不同电路块之间的反馈环路的理想选择，尤其是在需要隔离的地方。一些光耦合器还被设计为提供高数据速率的开关。这里有一些光耦合器IC的选项，您可以将它们快速导入下一个电气或电光系统。
什么是光耦合器？
很简单，光耦合器将红外LED与光电检测器（通常是光电晶体管）集成在一起，就像光开关一样。当LED接收到输入信号时，LED点亮并将光子提供给光电晶体管的基极。然后，这将打开光电晶体管，使电流流过连接的电路。LED可能以与内部光电晶体管不同的电平运行，从而允许在这两个信号电平之间进行某种隔离。这是在不使用放大器的情况下将低压信号传导到高压电路块中的一种方法。
因为这些组件是廉价的光学元件，所以它们很好地提供了不同电路块之间的电隔离，而又不会在不同电路块之间传导某些形式的EMI。这并不是说它们是解决所有噪声问题的灵丹妙药，但是它们提供的隔离确实隔离了不同电压的系统，这具有抑制来自系统两个部分的接地环路噪声的良好好处。NPN或PNP光电晶体管可在光耦合器IC中找到。
光耦合器IC的类型
除了光电晶体管之外，光耦合器还可以使用其他开关元件。以下是在电子市场上可以找到的其他类型的光耦合器IC：
三端双向可控硅：具有三端双向可控硅作为检测器的光耦合器IC用于要求高输出电压/电流的系统中。它们的响应速度较慢，最适合需要大电流输出的高压直流系统。
可控硅整流器（SCR）：这些光耦合器还提供高增益，类似于三端双向可控硅开关元件。但是，它们的速度也很慢，也最适合用于中等电压/电流的DC系统。
光电二极管：在需要快速切换的系统中，带有光电二极管作为检测器的光耦合器是常见的。当通过数字脉冲流或AC信号切换LED时，可以使用这些组件。与典型的光电晶体管IC相比，光电二极管将提供非常低的输出到输入电流传输比。
达林顿对光电晶体管：这些光电耦合器还因其高增益而有用，并且具有最高的输出到输入电流传输比。
光电电阻器：由于它们仍在OFF状态下导通，因此不太常用。它们的输出到输入电流传输比也很低。
重要的光耦合器IC规格
您可能会先从研究光耦合器IC的安装方式开始；它们以通孔DIP封装或表面贴装组件的形式提供。但是，选择光耦合器IC时，应检查一些重要的规格：
LED正向电压和触发电流。这告诉您如何为输入LED供电以确保其点亮并提供所需的开关行为。在设计为用方波或PWM信号进行开关的光耦合器中，触发开关所需的正向峰值电流取决于处于ON状态的信号的脉冲宽度。较短的脉冲需要较大的峰值信号电流来强制触发。
输出与输入电流之比。这告诉您光耦合器两端之间的电流传输。请注意，这取决于光电晶体管光耦合器的绝对最大集电极-发射极电压。
正向电压与正向电流的关系曲线。该规范与标准LED的含义相同，但不要与触发电流混淆。
温度变化。这些规范对于电源系统非常重要，因为它们在运行过程中可能会达到高温。
安全等级和IEC / UL认证。如果要为电源系统或在交流电源附近的高压环境中进行数据传输而设计，则IEC 60747-5-2是要注意的一项重要标准，以确保可以承受高瞬态电压。您需要遵循安全和绝缘准则，以确保符合安全标准。
数据速率或开关速度。尽管也可以指定切换速度或频率，但打算用于数据网络的组件通常会指定最大数据速率。
这是一些可以在直流系统和低数据速率应用中使用的光耦合器IC示例。
安森美半导体（FODM611）
安森美半导体的FODM611光耦合器IC是单通道光耦合器，额定数据速率高达10 Mbps（NRZ，传播延迟100 ns）。该器件输出5 V电压，同时具有高共模瞬变抗扰性，使其非常适合工业网络（CAN，RS485和DeviceNet系统）或低速汽车系统。开关由连接至缓冲器的光电二极管触发（请参见下文）。
功能原理图和真值表。
博通HCPL-7723-300E
Broadcom的HCPL-7723-300E设计用于更高的数据速率（50 MBaud，最大2 ns PWD）。它具有集成的CMOS LED驱动器，其中输入信号触发驱动器。检测器部分由光电二极管，高速跨阻放大器和带输出驱动器的电压比较器组成。
功能原理图和真值表，来自HCPL-7723-300E数据表。
瑞萨（Renesas），PS2802-4
瑞萨（Renesas）的PS2802-4四通道光电耦合器使用达林顿对光电晶体管提供2至20的高输出电流比（最高40 V额定集电极-发射极额定电压）。该组件并行提供4个通道，使其在要求各种电压之间隔离的电源管理系统中很有用。该组件中的暗电流低至400 nA，因此在高功率系统中，开关事件之间浪费的功率很小。该组件也可作为单通道变体提供（PS2802-1，请参见下文）。
来自PS2802-4数据表的四通道和单通道型号。