光電耦合器的幾個實用技巧

　　光耦以光信號為媒介來實現(xiàn)電信號的耦合與傳遞，輸入與輸出在電氣上完全隔離，具有抗干擾性能強的特 點。對于既包括弱電控制部分，又包括強電控制部分的工業(yè)應用測控系統(tǒng)，采用光耦隔離可以很好地實現(xiàn)弱電和強電的隔離，達到抗干擾目的。但是，使用光耦隔離需要考慮以下幾個問題：

　　①光耦直接用于隔離傳輸模擬量時，要考慮光耦的非線性問題；

　?、诠怦罡綦x傳輸數(shù)字量時，要考慮光耦的響應速度問題；

　?、廴绻敵鲇泄β室蟮脑?，還得考慮光耦的功率接口設計問題。

　　1：光電耦合器非線性的克服

　　光電耦合器的輸入端是發(fā)光二極管，因此，它的輸入特性可用發(fā)光二極管的伏安特性來表示；輸出端是光敏三極管，因此光敏三極管的伏安特性就是它的輸出特性。由此可見，光電耦合器存在著非線性工作區(qū)域，直接用來傳輸模擬量時精度較差。

　　解決方法之一，利用2個具有相同非線性傳輸特性的光電耦合器，T1和T2，以及2個射極跟隨器A1和A2組成。如果T1和T2是同型號同批次的光電耦合器，可以認為他們的非線性傳輸特性是完全一致的，即K1（I1）=K2（I1），則放大器的電壓增益G=Uo/U1=I3R3/I2R2=（R3/R2）［K1（I1）/K2（I1）］=R3/R2。由此可見，利用T1和T2電流傳輸特性的對稱性，利用反饋原理，可以很好的補償他們原來的非線性。

　　另一種模擬量傳輸?shù)慕鉀Q方法，就是采用VFC（電壓頻率轉(zhuǎn)換）方式?，F(xiàn)場變送器輸出模擬量信號（假設電壓信號），電壓頻率轉(zhuǎn)換器將變送器送來的電壓信號轉(zhuǎn)換成脈沖序列，通過光耦隔離后送出。在主機側(cè)，通過一個頻率電壓轉(zhuǎn)換電路將脈沖序列還原成模擬信號。此時，相當于光耦隔離的是數(shù)字量，可以消除光耦非線性的影響。這是一種有效、簡單易行的模擬量傳輸方式。

　　當然，也可以選擇線性光耦進行設計，如精密線性光耦TIL300，高速線性光耦6N135/6N136。線性光耦一般價格比普通光耦高，但是使用方便，設計簡單；隨著器件價格的下降，使用線性光耦將是趨勢。

　　2：提高光電耦合器的傳輸速度

　　當采用光耦隔離數(shù)字信號進行控制系統(tǒng)設計時，光電耦合器的傳輸特性，即傳輸速度，往往成為系統(tǒng)最大數(shù)據(jù)傳輸速率的決定因素。在許多總線式結構的工業(yè)測控系統(tǒng)中，為了防止各模塊之間的相互干擾，同時不降低通訊波特率，我們不得不采用高速光耦來實現(xiàn)模塊之間的相互隔離。常用的高速光耦有6N135/6N136，6N137/6N138。但是，高速光耦價格比較高，導致設計成本提高。這里介紹兩種方法來提

　　高普通光耦的開關速度。由于光耦自身存在的分布電容，對傳輸速度造成影響，光敏三極管內(nèi)部存在著分布電容Cbe和Cce。由于光耦的電流傳輸比較低，其集電極負載電阻不能太小，否則輸出電壓的擺幅就受到了限制。但是，負載電阻又不宜過大，負載電阻RL越大，由于分布電容的存在，光電耦合器的頻率特性就越差，傳輸延時也越長。

　　用2只光電耦合器T1，T2接成互補推挽式電路，可以提高光耦的開關速度。當脈沖上升為“1”電平時，T1截止，T2導通。相反，當脈沖為“0”電平時，T1導通，T2截止。這種互補推挽式電路的頻率特性大大優(yōu)于單個光電耦合器的頻率特性。

　　此外，在光敏三極管的光敏基極上增加正反饋電路，這樣可以大大提高光電耦合器的開關速度。通過增加一個晶體管，四個電阻和一個電容，實驗證明，這個電路可以將光耦的最大數(shù)據(jù)傳輸速率提高10倍左右。

　　3：光耦的功率接口設計

　　微機測控系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到功率接口電路，以便于驅(qū)動各種類型的負載，如直流伺服電機、步進電機、各種電磁閥等。這種接口電路一般具有帶負載能力強、輸出電流大、工作電壓高的特點。工程實踐表明，提高功率接口的抗干擾能力，是保證工業(yè)自動化裝置正常運行的關鍵。

　　就抗干擾設計而言，很多場合下，既能采用光電耦合器隔離驅(qū)動，也能采用繼電器隔離驅(qū)動。一般情況下，對于那些響應速度要求不很高的啟停操作，我們采用繼電器隔離來設計功率接口；對于響應時間要求很快的控制系統(tǒng)，采用光電耦合器進行功率接口電路設計。這是因為繼電器的響應延遲時間需幾十ms，而光電耦合器的延遲時間通常都在10us之內(nèi)，同時采用新型、集成度高、使用方便的光電耦合器進行功率驅(qū)動接口電路設計，可以達到簡化電路設計，降低散熱的目的。

　　對于交流負載，可以采用光電可控硅驅(qū)動器進行隔離驅(qū)動設計，例如TLP541G，4N39。光電可控硅驅(qū)動器，特點是耐壓高，驅(qū)動電流不大，當交流負載電流較小時，可以直接用它來驅(qū)動。當負載電流較大時，可以外接功率雙向可控硅。其中，R1為限流電阻，用于限制光電可控硅的電流；R2為耦合電阻，其上的分壓用于觸發(fā)功率雙向可控硅。當需要對輸出功率進行控制時，可以采用光電雙向可控硅驅(qū)動器，例如MOC3010。