常用参数
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%，所需时间为脉冲上升时间tr。从输出脉冲后沿幅度的90%到10%，所需时间为脉冲下降时间tf。
传输延迟时间tPHL、tPLH：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，从输入脉冲前沿幅度的50%到输出脉冲电平下降到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPHL。从输入脉冲后沿幅度的50%到输出脉冲电平上升到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPLH。
入出间隔离电容CIO：光耦合器件输入端和输出端之间的电容值。
入出间隔离电阻RIO：半导体光耦合器输入端和输出端之间的绝缘电阻值。
入出间隔离电压VIO：光耦合器输入端和输出端之间绝缘耐压值。
最大额定值
参数名称
符号
最大额定值
单位
V
反向电压
5
V
R
I
正向电流
50
mA
FM
V
集-发击穿电压
100
V
（BR）CEO
I
集电极电流
30
mA
CM
T
贮存温度
-55～150
℃
stg
T
工作温度
-55～125
℃
amb
V
隔离电压
1000
V
IO
P
总耗散功率
80
mW
tot
推荐工作条件
特 性
符号
最小值
典型值
最大值
单位
I
输入电流
10
50
mA
F
V
电源电压
1
5
60
V
主要光电特性
测试条件(T
特 性
符 号
11
A=25℃±3℃)
最小
典型
最大
单位
隔离
特性
隔离电阻
RIO
VIO=500V
1010
Ω
上升时间
tr
10
μs
V
开关
特性
下降时间
tf
CC=5V，IFP=10mA，RL=360Ωf=10kHz，D：1/2
10
μs
I
V
反向电流
R
R=5V
0.01
1.0
μA
LED
输入特性
V
I
正向电压
F
F=10mA
1.2
1.4
V
CTR
电流传输比
VCC=5V，IF=10mA，RL=200Ω
60
180
%
集-发饱和电压
VCE（sat）
VCC=5V，IF=10mA，RL=4.7kΩ
0.1
0.4
V
晶体管
输出特性
I
V
集-发截止电流
CEO
CE=5V，IF=0
0.01
1.0
μA线性光电耦合器在开关电源中的应用
沙占友 王彦明 王晓群
(河北科技大学 050054 石家庄)
摘 要 线性光耦合器是目前国际上正推广应用的一种新型光电隔离器件。文中介绍其性能特点、产品分类，以及它在单片开关电源中的应用。
关键词 光耦合器线性电流传输比通信单片开关电源
光耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。普通只能传输数字（开关）信号，不适合传输模拟信号。近年来问世的线性能够传输连续变化的模拟电压或模拟电流信号，使其应用领域大为拓宽。
1 的类型及性能特点
1.1 的类型
有双列直插式、管式、光导纤维式等多种封装形式，其种类达数十种。的分类及内部电路如图1所示。图中是8种典型产品的型号：(a)通用型(无基极引线)；(b)通用型(有基极引线)；(c)达林顿型；(d)高速型；(e)光集成电路；(f)光纤型；(g)光敏晶闸管型；(h)光敏场效应管型。
1.2 的性能特点
的主要优点是单向传输信号，输入端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高。它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离 、开关电路、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。在单片开关电源中，利用线性可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。
的技术参数主要有发光二极管正向压降VF、正向电流IF、电流传输比CTR、输入级与输出级之间的绝缘电阻、集电极-发射极反向击穿电压V(BR)CEO、集电极-发射极饱和压降VCE(sat)。此外，在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降时间、延迟时间和存储时间等参数。
电流传输比是的重要参数，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。其公式为：
采用一只光敏三极管的，CTR的范围大多为20%～300%（如4N35），而PC817则为80%～160%，达林顿型（如4N30）可达100%～5000%。这表明欲获得同样的输出电流，后者只需较小的输入电流。因此，CTR参数与晶体管的hFE有某种相似之处。线性与普通典型的CTR-IF特性曲线，分别如图2中的虚线和实线所示。
由图2可见，普通的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。
2 线性的产品分类及选取原则
2.1 线性的产品分类
线性的典型产品及主要参数见表1，这些光耦均以光敏三极管作为接收管。
2.2 线性的选取原则
在设计光耦反馈式开关电源时必须正确选择线性的型号及参数，选取原则如下：
①的电流传输比(CTR)的允许范围是50%～200%。这是因为当CTR＜50%时，光耦中的LED就需要较大的工作电流(IF＞5.0mA)，才能正常控制单片开关电源IC的占空比，这会增大光耦的功耗。若CTR＞200%，在启动电路或者当负载发生突变时，有可能将单片开关电源误触发，影响正常输出。
②推荐采用线性，其特点是CTR值能够在一定范围内做线性调整。
③由英国埃索柯姆(Isocom)公司、美国摩托罗拉公司生产的4N××系列(如4N25 、4N26、4N35)，目前在国内应用地十分普遍。鉴于此类呈现开关特性，其线性度差，适宜传输数字信号(高、低电平)，因此不推荐用在开关电源中。
3 线性应用举例
多路输出式电源变换器电路如图3所示。其输入电压为36V到90V的准方波电压，三路输出分别为：UO1＝＋5V(2A)，UO2＝＋15V(0.17A)，UO3＝－15V(0.17A)。现将UO1定为主输出，其电压调整率SV＝±0.4%；UO2和UO3为辅输出，总电源效率可达75%～80%。电路中采用一片TOP104Y型三端单片开关电源集成电路。主输出绕组电压经过VD2、C2、L1和C3整流滤波后，得到＋5V电压。VD2采用MBR735型35V／7.5A肖特基二极管。两个辅输出绕组及输出电路完全呈对称结构。因为±15V输出电流较小，
故整流管VD4和VD5均采用UF4002型100V／1A的超快恢复二极管。由线性光耦CNY17-2和可调式精密并联稳压器TL431C构成光耦反馈式精密开关电源，可以对＋5V电压进行精密调整。反馈绕组电压通过VD3、C4整流滤波后，得到12V反馈电压。由P6KE120型瞬态电压抑制器和UF4002型超快恢复二极管构成的漏极钳位保护电路，能吸收由高频变压器漏感形成的尖峰电压，保护芯片内部的功率场效应管MOSFET不受损坏。
外部误差放大器由TL431C组成。当 5V输出电压升高时，经R3、R4分压后得到的取样电压，就与TL431C中的2.5V带隙基准电压进行比较，使其阴极电位降低，LED的工作电流IF增大，再通过线性光耦IC2（CNY17-2）使控制端电流IC增大，TOP104Y的输出占空比减小，使UO1维持不变，达到稳压目的。 5V稳压值UO1则由TL431C、光耦中的LED正向压降来设定。R1是LED的限流电阻。误差放大器的频率响应由C5、R2和C6来决定。C5的作用有三个：滤除控制端上的尖峰电压；决定自动重启动频率；与R2一起对控制回路进行补偿。
光电耦合器的检测方法
光电耦合器 2008-09-09 22:08 阅读0 评论0
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光电耦合器——又称光耦合器或光耦，它属于较新型的电子产品，现在它广泛应用于计算机、音视频……各种控制电路中。由于光耦内部的发光二极管和光敏三极管只是把电路前后级的电压或电流变化，转化为光的变化，二者之间没有电气连接，因此能有效隔断电路间
的电位联系，实现电路之间的可靠隔离。
一、光电耦合器的检测
判断光耦的好坏，可在路测量其内部二极管和三极管的正反向电阻来确定。更可
靠的检测方法是以下三种。
１． 比较法
拆下怀疑有问题的光耦，用万用表测量其内部二极管、三极管的正反向电阻值，用其
与好的光耦对应脚的测量值进行比较，若阻值相差较大，则说明光耦已损坏。
２． 数字万用表检测法
下面以ＰＣ１１１光耦检测为例来说明数字万用表检测的方法，检测电路如图１所示。检测时将光耦内接二极管的＋端{1}脚和－端{2}脚分别插入数字万用表的Ｈfe的ｃ、ｅ插孔内，此时数字万用表应置于ＮＰＮ挡；然后将光耦内接光电三极管ｃ极{5}脚接指针式万用表的黑表笔，ｅ极{4}脚接红表笔，并将指针式万用表拨在Ｒ×１ｋ挡。这样就能通过指针式万用表指针的偏转角度——实际上是光电流的变化，来判断光耦的情况。指针向右偏转角度越大，说明光耦的光电转换效率越高，即传输比越高，反之越低；若表针不动，
则说明光耦已损坏。
３． 光电效应判断法
仍以ＰＣ１１１光耦合器的检测为例，检测电路如图２所示。将万用表置于Ｒ×１ｋ电阻挡，两表笔分别接在光耦的输出端{4}、{5}脚；然后用一节１．５Ｖ的电池与一只５０～１００Ω的电阻串接后，电池的正极端接ＰＣ１１１的{1}脚，负极端碰接{2}脚，或者正极
端碰接{1}脚，负极端接{2}脚，这时观察接在输出端万用表的指针偏转情况。如果指针摆动，说明光耦是好的，如果不摆动，则说明光耦已损坏。万用表指针摆动偏转角度越大，表明
光电转换灵敏度越高。
光耦参数
光电耦合器 2008-09-09 22:17 阅读1075 评论2
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什么是转换效率CTR？
下图显示一个使用晶体管耦合器的普通线路。如果LED电流IF运行至输入端，集电器电流IC将运行至输出端。该电流传输比称为转换效率（CTR： 电流传输比）通过（IC/IF）× 100（%）表示。与晶体管的hFE一样，转换效率是晶体管耦合器一个重要的参数。
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改进光耦电路 减少电流消耗 延缓LED老化
改进光耦电路，可以提升零电压测量的精度。
有不同潜路工作的电路中，用光耦建立电流隔离看上去似乎很简单。光耦从隔离电路中获取能量，由于LED老化，开关相对慢且不稳定。若不用光耦，可使用如Analog Devices公司的ADUM12xx或Texas Instruments 公司的ISO72x替代。本设计方案阐述了一个
简单改进光耦电路的方法。
图1显示了两个通用的0V同步交流设计。通过光耦负载电阻的减少，开关变得更慢更不确定，但减少了光耦的LED电流，尝试减少隔离电路中的能量消耗。为实现更快更迅速的开关，将不得不牺牲能量效率；然而，由于能量效率和交流电压大小的反向关系，这个牺
牲的好处是有限的。
光耦的LED在近似全交流循环过程中超乎寻常的几乎连续发光，导致功耗效率低，且使光耦老化得相对较快：一个显著的缺点是过原点误差过大且几乎不可控；电路的灵敏度范围依靠光耦的参数。图1的设计不是一个理想方案。就效率而言，依靠光耦的电流转换率和
交流幅值，它们能输出5到100 mA。
图2的设计克服了能耗过大、不确定开关和LED老化的问题。它非常适用于宽交流范围的应用。与图1的电路相比，图2的LED只在过原点附近发光，且由前置充电电容接收能量，所以通过10到100的因数减少平均电流消耗。设计也提供更快、更确定和更敏锐的开关。更甚者，希望延缓LED老化。图1中电阻R1和R2消耗的热功率不小于1.5W，所以在同
一电路板区域用0.1W设备替换外部器件（图2）。
电路的主要部分由幅值检波器D1、电容C1和Schmitt触发器Q1/Q2组成，控制流过光耦的LED电流。D2和D3稳定Q2的基电压，从而其集电极电流驱动光耦。电容C1通过
R1、R2和D1充电。
几乎所有交流周期中，除了过原点附近，Q1为开，Q2为关。然后，接近过原点时，
Schmitt触发器Q1和Q2的状态改变，Q2以恒定的电流卸放电容C1，因为由Q2、D2、D3、R5和R6组成的电路按I=(2×VD–VBE2)/R6稳定电流，在这里VD为D2或D3上
的电压降，VBE2为Q2的基射极电压。
一些应用不需要Schmitt触发器固有的磁滞性；图3显示了这样的一个设计。它也显示了怎样处理不需要的D1最小反转电流。然而，电路更适用于纯同步和非晶闸管控制。由于LED电流的稳定性，这些设计使输入交流电压的范围扩大，其有利于多标准交流供电设计；有机会在LED没有过载危险的情况下设置LED电流；减少光耦不稳定的影响。这样设计的另一个优势为其固有更安全的特性。在其终端短路的情况下，光耦在隔离与非隔离侧之间传递的电流比图1电路中少10到100倍。光耦也有优势。由于低占空比，可以不损失功
率而任意减少光耦负载电阻R8的值。这个减少将使过原点误差降低。
