光耦基础知识

光耦基础知识及Avago产品技术中心2010-12-141精品PPT|借鉴参考第一页，共三十二页。知识框架光耦基础知识光耦内部结构及工作原理光耦特性几种数字隔离器优势对比光耦分类相关参数指标说明光耦的应用应用领域几种常用光耦的特性Avago光耦产品Avago光耦的特点Avago光耦的详细产品分类附：术语说明2精品PPT|借鉴参考第二页，共三十二页。光耦的基础知识3精品PPT|借鉴参考第三页，共三十二页。光耦内部结构及工作原理输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。图1光耦原理图电→光→电4精品PPT|借鉴参考第四页，共三十二页。光耦特性-SWOT分析Threats数字隔离器的取代：速度快、功耗低、可靠性高SWeaknesses：LED老化；速度受限；Opportunities对隔离效果要求高；开关电源；……Strengths：共模抑制能力强；抗干扰能力强；无粗点、寿命长；效率高；WOT5精品PPT|借鉴参考第五页，共三十二页。各种数字隔离器的性能优点缺点示意图厂商阵营应用场合光耦合技术抗干扰强速度受限、功耗、LED老化Avago、Vishay、Toshiba..Fairchild电机、电源控制系统电感耦合技术共模差异和差分传输特性（变压器允许噪声和信号频率重叠，但是会呈现出噪声高共模阻抗和信号低差分阻抗。）信号能量传输可以为近100%的效率对外部磁场（噪声）的磁化数据运行长度受限（变压器允许的带宽内）ADI、SiliconLads电力自动化、工业测量、楼宇控制、煤矿安全、安防消防、智能交通、流量计、运动控制、电机控制、汽车车体通讯、仪器仪表、航天航空等

6精品PPT|借鉴参考第六页，共三十二页。光耦主要参数7精品PPT|借鉴参考第七页，共三十二页。绝缘耐压爬电距离：两个导电部件之间,或一个导电部件与设备及易接触表面之间沿绝缘材料表面测量的最短空间距离。沿绝缘表面放电的距离即泄漏距离也称爬电距离，简称爬距。一般有两种测试条件，一种为1min，一种为1sec。8精品PPT|借鉴参考第八页，共三十二页。共模抑制比CMR在光耦内部，由于发光管和受光器之间的耦合电容很小（2pF以内）所以共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小，因而共模抑制比很高。9精品PPT|借鉴参考第九页，共三十二页。增益-电流传输比电流转换比有一定范围，和LED电流，环境温度都有关系，并且会随使用时间衰减。电流传输比CTR：输出管的工作电压为规定值时，输出电流和发光二极管正向电流之比，通常用直流电流传输比来表示。当输出电压保持恒定时，它等于直流输出电流IC与直流输入电流IF的百分比。采用一只光敏三极管，CTR的范围为20%～300%（如4N35），PC817则为80%～160%，达林顿型光耦合器（如4N30）可达100%～5000%。10精品PPT|借鉴参考第十页，共三十二页。Speed

光耦速度：单位为Mbit/s，通常标识为MBd，1MBd=1Mbit/s；输出-传输延时、脉宽失真比和延时偏差11精品PPT|借鉴参考第十一页，共三十二页。速度

单位为Mbit/s，通常标识为MBd，1MBd=1Mbit/s；低速型号：10Kbps及以下中速型号：100K－1M高速型号：1M以上在通信应用中，DeviceNet规定了相对较低的数据速率，包括125kBd、250kBd和500kBd，传播延迟要求小于40ns；CAN总线规定了125kBd低速和1MBd高速数据速率，但对传播延时没有严格的要求；Profibus发送数据则要求在12MBd范围内，并规定了隔离器、收发器和连接本身的PWD总延时。12精品PPT|借鉴参考第十二页，共三十二页。PPT内容概述光耦基础知识及Avago产品。2010-12-14。共模差异和差分传输特性（变压器允许噪声和信号频率重叠，但是会呈现出噪声高共模阻抗和信号低差分阻抗。两个导电部件之间,或一个导电部件与设备及易接触表面之间沿绝缘材料表面测量的最短空间距离。沿绝缘表面放电的距离即泄漏距离也称爬电距离，简称爬距。沿绝缘表面放电的距离即泄漏距离也称爬电距离，简称爬距。输出-传输延时、脉宽失真比和延时偏差。DeviceNet规定了相对较低的数据速率，包括125kBd、250kBd和500kBd，传播延迟要求小于40ns。发光二极管正向压降Vf：大于普通二极管的正向压降，大约为2V。非线性光耦：适合开关信号的传输，不适合模拟量传输。高速光耦：光敏二极管带信号处理电路或者光敏集成电路输出型。普通隔离光耦：一般光学胶灌封低于5000V，空封低于2000V。这种接口电路一般具有带负载能力强、输出电流大、工作电压高的特点。31第十三页，共三十二页。LED驱动电流及正向压降采用高效率的LED和高增益的接收放大电路可以降低驱动电流的需求。较小的If可以降低系统功耗，并降低LED的衰减，提高系统长期可靠性。发光二极管正向压降Vf：大于普通二极管的正向压降，大约为2V；14精品PPT|借鉴参考第十四页，共三十二页。光耦的分类-1非线性光耦：适合开关信号的传输，不适合模拟量传输。4N系列线性光耦：电流传输特性曲线接近直线，且小信号性能较好。PC817A—C系列

按输出特性分按速度分低速光耦：光敏三极管、光电池等输出型高速光耦：光敏二极管带信号处理电路或者光敏集成电路输出型按封装形式分同轴型双列直插型TO封装型扁平封装型贴片封装型光纤传输型按通道分单通道双通道多通道15精品PPT|借鉴参考第十五页，共三十二页。光耦的分类-2按隔离特性分普通隔离光耦：一般光学胶灌封低于5000V，空封低于2000V高压隔离光耦：可分为10kV，20kV，30kV等按工作电压分低电源电压型光电耦合器（一般5～15V）高电源电压型光电耦合器（一般大于30V）交流输入，三极管输出型直流输入,达林顿三极管输出型多通道三极管输出型16精品PPT|借鉴参考第十六页，共三十二页。光耦合器是70年代发展起来产新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。光耦的应用17精品PPT|借鉴参考第十七页，共三十二页。电机中的应用

微机测控系统中，经常要用到功率接口电路，以便于驱动各种类型的负载，如直流伺服电机、步进电机、各种电磁阀等。这种接口电路一般具有带负载能力强、输出电流大、工作电压高的特点。工程实践表明，提高功率接口的抗干扰能力，是保证工业自动化装置正常运行的关键。18精品PPT|借鉴参考第十八页，共三十二页。UPS中的应用19精品PPT|借鉴参考第十九页，共三十二页。工业现场总线中的应用20精品PPT|借鉴参考第二十页，共三十二页。初级控制开关电源中的应用21精品PPT|借鉴参考第二十一页，共三十二页。次级控制开关电源中的应用22精品PPT|借鉴参考第二十二页，共三十二页。门极驱动光耦在马达和电源控制系统中，电源设备与微控制器间的信号都需要隔离，同时需要附加门极驱动及电流/电压传感等功能。Avago门极驱动及隔离放大产品为马达控制应用提供低成本、高性能的解决方案。高性能的马达驱动要求精确的时钟，以实现精准的开关操作。而微控制器的控制信号要与高压端隔离开，Avago提供多款门极驱动光耦供选择。特性应用速度快、共模抑制能力强、驱动能力强；电机、电源控制系统中的门极驱动、工业变频器；23精品PPT|借鉴参考第二十三页，共三十二页。线性光耦特性应用线性度高，特别是小信号时；适合传输模拟电压或电流信号，电流/电压传感检测；线性光耦合器与普通光耦合器典型的CTR-IF特性曲线，分别如图中的虚线和实线所示。

由图可见，普通光耦合器的CTR-IF特性曲线呈非线性，在IF较小时的非线性失真尤为严重，因此它不适合传输模拟信号。线性光耦合器的CTR-IF特性曲线具有良好的线性度，特别是在传输小信号时，其交流电流传输比(ΔCTR＝ΔIC/ΔIF)很接近于直流电流传输比CTR值。因此，它适合传输模拟电压或电流信号，能使输出与输入之间呈线性关系。这是其重要特性。

24精品PPT|借鉴参考第二十四页，共三十二页。电流环隔离

一般情况下，电压信号进行长线传输，会受到噪声干扰，同时传输线的分布电阻会产生压降，为了解决这些问题，避开相关噪声的影响，通常我们会用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。

4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。在工业自动化控制系统，及仪器仪表、传感器应用中，广泛采用4~20mA电流来传输控制、检测信号。由于4~20mA电流环路抗干扰能力强，线路简单，可用来传输几十甚至几百米长的模拟信号。一般情况下，传输距离超过10米，就需要对电流信号进行隔离。Avago器件示例：25精品PPT|借鉴参考第二十五页，共三十二页。Avago光耦26精品PPT|借鉴参考第二十六页，共三十二页。Avago光耦特点产品种类多，涵盖各种封装、速率，多通道数供选择；产品性能高：速度快（达到50MBd）、共模抑制能力强（达40kV/us）、低电压、低功耗、大工作温度范围、有支持双电源电压产品。主要的应用领域是在工业市场，包括工业网络、电机控制、输入输出隔离、配电系统以及交换式电源等。同时在开拓新兴市场，包括消费类产品，如等离子显示器、空调、感应加热电磁炉、健身器材、洗衣机等。27精品PPT|借鉴参考第二十七页，共三十二页。Avago光耦的详细分类光电耦合器-密封

10MBd、高CMR、单通道

(32)

10MBd、高CMR、双通道

(75)

10MBd、高CMR、四通道

(5)

20MBd、极高速

(49)

5MBd、低电流、宽Vcc

(54)

IGBT门驱动

(26)

交/直流转逻辑接口

(21)

单通道高速晶体管

(22)

双通道高速晶体管

(49)

四通道高速晶体管

(5)

密封功率MOSFET

(17)

智能功率模块和门驱动接口

(17)

模拟隔离放大器

(13)

高增益单通道

(44)

高增益双通道

(49)

高增益四通道

(56)

高速逻辑门、10MBd线路接收器

(20)

光电耦合器-塑料封装光耦

固态继电器(PhotoMOSFET)

(28)

多通道双向数字光电耦合器

(6)

宽带模拟/视频光电耦合器

(2)

微型隔离放大器

(19)

数字光电耦合器

100KBd达灵顿晶体管输出光电耦合器

(22)

10MBd逻辑门

(44)

1MBd晶体管输出光电耦合器

(19)

20MBd逻辑门

(2)

5MBd逻辑门

(12)

8MBd逻辑门

(2)

高速CMOS逻辑门

(17)

数字隔离器

(12)

智能功率模块接口光电耦合器

(33)

电力线通信接口

(5)

车用光电耦合器-AEC-Q100光电耦合器

车用微型隔离放大器

(1)

车用数字光电耦合器

(4)

车用智能功率模块接口光电耦合

(2)

车用集成型门驱动光电耦合器

(3)

通用光敏晶体管光电耦合器

(20)

隔离20mA电流环路发射器-接收器

(2)

隔离型电压/电流检测器

(5)

隔离线路接收器

(2)

集成型门驱动光电耦合器

(36)

高线性度模拟光电耦合器

(2)

可链接至官网28精品PPT|借鉴参考第二十八页，共三十二页。Avago塑料光耦产品分类29精品PPT|借鉴参考第二十九页，共三十二页。Avago专用光耦特点30精品PPT|借鉴参考第三十页，共三十二页。术语正向压降VF：二极管通过的正向电流为规定值时，正负极之间所产生的电压降。正向电流IF：在被测管两端加一定的正向电压时二极管中流过的电流。反向电流IR：在被测管两端加规定反向工作电压VR时，二极管中流过的电流。反向击穿电压VBR：被测管通过的反向电流IR为规定值时，在两极间所产生的电压降。结电容CJ：在规定偏压下，被测管两端的电容值。反向击穿电压V(BR)CEO：发光二极管开路，集电极电流IC为规定值，集电极与发射集间的电压降。输出饱和压降VCE(sat)：发光二极管工作电流IF和集电极电流IC为规定值时，并保持IC/IF≤CTRmin时（CTRmin在被测管技术条件中规定）集电极与发射极之间的电压降。反向截止电流ICEO：发光二极管开路，集电极至发射极间的电压为规定值时，流过集电极的电流为反向截止电流。电流传输比CTR：输出管的工作电压为规定值时，输出电流和发光二极管正向电流之比为电流传输比CTR。脉冲上升时间tr、下降时间tf：光耦合器在规定工作条件下，发光二极管输入规定电流IFP的脉冲波，输出端管则输出相应的脉冲波，从输出脉冲前沿幅度的10%到90%，所需时间为脉冲上