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C A S I P P. 光电隔离器的原理和应用. 晁慧丽. 2009-4-21. 内容. 1 、概述 2 、主要应用和参数 3 、实际应用注意事项. 光电隔离器概述.

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Presentation Transcript

  1. C A S I P P 光电隔离器的原理和应用 晁慧丽 2009-4-21

  2. 内容 1、概述 2、主要应用和参数 3、实际应用注意事项

  3. 光电隔离器概述 1 光电隔离器是隔离器的一种，它是把发光器件与光敏接受器件集成在一起，或用一根光导纤维把两部分连接起来的器件。通常发光器件为发光二极管（LED），光接受器件为光敏晶体管等。加在发光器件上的电信号为耦合器的输入信号，接受器件输出信号为隔离器的输出信号。当有输入信号加在光电隔离器的输入端时，发光器件发光，光敏管受光照射产生光电流，使输出端产生相应的电信号，于是实现了光电的传输和转换。其主要特点是以光为媒介实现电信号的传输，而且器件的输入和输出之间在电气上时完全绝缘的。 1）在工业现场或较大装置的计算1）在工业现场或较大装置的计算机测量控制系统中，由于各功能模块接地点的电位不同，它对系统内的各部分电路，尤其是对模拟电路的正常工作有着很大的影机测量控制系统中，由于各功能模块接地点的电位不同，它对系统内的各部分电路，尤其是对模拟电路的正常工作有着很大的影响。所以，测量现场的某些信号或控制设备往往要求相应的隔离，以保护主机正常工作，完成各项控制功能。 1）在工业现场或较大装算1）在工业现场或较大装置的计算机测量控制系统中，由于各功能模块接地点的电位不同，它对系统内的各部分电路，尤其是对模拟电路的正常工作有着很大的影机测量控制系统中，由于各功能模块接地点的电位不同，它对系统内的各部分电路，尤其是对模拟电路的正常工作有着很大的影响。所以，测量现场的某些信号或控制设备往往要求相应的隔离，以保护主机正常工作，完成各项控制功能。

  4. 光电隔离器的概述 它们在结构排列上使LED辐射能量有效地耦合到光敏晶体管上，一般有金属封装和塑料封装两种封装形式。金属封装采用金属外壳并用玻璃绝缘。塑料封装采用双列直插式结构，管芯先装与管脚上，中间采用透明树脂固定，具有聚光作用，故灵敏度较高，是目前应用较多的一种。

  5. 光隔的组合形式通常有四种。如下图所示。其中图（a）为普通隔离器，一般用于100kHz以下频率的装置中。图（b）为高速隔离器，其响应速度高。

  6. 图（c）为达林顿输出型隔离器，具有达林顿输出的一切特性，可直接用于驱动低频率的负载。图(d)为可控硅输出型。其输出部分为光控晶闸管，常用于大功率的隔离驱动场合。

  7. 光电隔离器的概述 在实际应用中，可根据实际需要选用合适的组合形式，且尽量选用结构简单的器件，以降低成本。

  8. 光电隔离器的概述 光电隔离器的主要参数有：（1）电流传输比（CTR） CTR=Io/IF IF Io

  9. 光电隔离器的概述 （2） 脉冲上升时间tr和下降tf时间; （3）正向压降VF，正向电流IF，反向电流IS； （4）输入输出间的绝缘电阻，耐压和寄生电容等。

  10. 光电隔离器的应用 光电隔离器在实际工作的应用及其广泛，但归纳起来，主要应用在以下几个方面： （1）可将输入和输出两部分间的地线分开，各自使用一套电源供电。 （2）进行电平转换。 （3）提高驱动能力。

  11. 光隔应用 光电隔离，加三极管放大驱动

  12. 上图是采用光电耦合器隔离驱动直流负载的典型电路。因为普通光电耦合器的电流传输比CRT非常小，所以一般要用三极管对输出电流进行放大，也可以直接采用达林顿型光电耦合器来代替普通光耦。上图是采用光电耦合器隔离驱动直流负载的典型电路。因为普通光电耦合器的电流传输比CRT非常小，所以一般要用三极管对输出电流进行放大，也可以直接采用达林顿型光电耦合器来代替普通光耦。

  13. 光隔非线性克服 1 光电耦合器非线性的克服光电耦合器存在着非线性工作区域，直接用来传输模拟量时精度较差。 iD iC vD vCE

  14. 光隔非线性克服 解决方法之一：利用2个具有相同非线性传输特性的光电耦合器。 I3 I2 Ui R3

  15. 光隔非线性克服 电流传输比 K1(I1)=K2(I1) 电压增益：G=Uo/U1=I3R3/I2R2=(R3/R2)[K1(I1)/K2(I1)]=R3/R2 I3 I2 Ui R3

  16. 用T1和T2电流传输特性的对称性，利用反馈原理，可以很好的补偿他们原来的非线性。

  17. 另一种模拟量传输的解决方法，就是采用VFC(电压频率转换)方式。 输入模拟量信号 VFC压 频变换 光电隔离电路 频率电压转换 输出电路

  18. 光隔传输速度的提高 数字信号传输速度问题 影响速度的原因：由于光耦自身存在的分布电容，对传输速度造成影响。响应时间 T=RC R Cce Cbe

  19. 光隔传输速度的提高 解决方法之一：互补推挽式电路 T1 fin fout GND T2 光电耦合器构成的推挽式电路

  20. 光隔传输速度的提高 方法二：正反馈回路 Vin Vout 通过增加光敏基极正反馈来提高光耦的开关速度

  21. End 祝贺EAST试验圆满成功 祝大家节日快乐！

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