中文摘要 本文主要通过光耦隔离放大电路，对光电耦合器4N25及放大电路和电压跟随器中的放大器件TL084的特性进行简要描述和分析。 光耦隔离放大电路主要由电压串联负反馈放大电路光电耦合器和电压跟随器三部分组成。其中光电耦合器是本次设计的关键。 光耦的工作原理包括：光的发射、光的接收及信号放大三个环节。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。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比，光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。在单片开关电源中，利用线性光耦合器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。 在放大电路中采用电压串联负反馈电路，对输入的信号进行比例放大输出，并且由于采用负反馈，这样就可以使电路具有较好的恒压输出特性。在整个电路的输出端与电压更随器连接，以进一步使电路达到良好稳压输出效果。 关键词隔离放大器光耦电压放大电路电压跟随器
目录 课程设计任务书................................................................................................错误!未定义书签。隔离放大电路的设计........................................................................................错误!未定义书签。模拟电子技术课程设计成绩评定表............................................................错误!未定义书签。中文摘要..................................................................................................................................... I 目录. (1) 1.设计任务描述 (2) 1.1 设计题目: (2) 1.2 设计要求： (2) 1.2.1 设计目的： (2) 1.2.2 基本要求： (2) 1.2.3发挥部分： (2) 2.设计思路 (3) 3.基本框架 (4) 4.模块细节及各部分电路设计及参数计算 (5) 4.1方波信号输入 (5) 4．2电源提供电流进入光耦图 (6) 4.2.1 光偶的一些参数 (6) 4.2.2分析 (9) 4.2.3放大电路的选择及计算 (9) 4.2.4 光耦简图 (11) 4.2.5 CTR的计算 (11) R的计算 (11) 4.3 4 4.4 电压跟随器的设计图 (12) 4.5 方波仿真信号输出 (12) 4.6.注意的问题 (13) 5.电路元件清单 (14) 6.主要元器件介绍 (15) 6.1光耦数据单 (15) 6.2 TLO84的数据单 (17) 7.小结 (19) 8.参考文献 (21) 9.附录 (22)
光电隔离电子电路图全集 一．MSD1型湿敏原件空气翁度测量仪电路图 二．光电隔离器应用电路图 光电隔离器可以组成多种多样的应用电路。如组成光电隔离电路，长传输线隔离器，TTL电路驱动器，CMOS 电路驱动器，脉冲放大器等。目前，在A／D模拟转换开关，光斩波器，交流、直流固态继电器等方面也有广泛应用。光电隔离器的输入部分为红外发光二极管，可以采用TTL或CMOS数字电路驱动。 在图a，输出电压Vo受TTL电路反相器的控制，当反相器的控制输入信号为低电平时，信号反相使输出为高电平，红外发光二极管截止，光敏三极管不导通，Vo输出为高电平。反之Vo输出为低电平。从而实现TTL电路控制信号的隔离、传输和驱动作用。 图2为CMOS门电路通过光电隔离器为中间传输媒介，驱动电磁继电器的应用实例。当CMOS反相器的输出控制信号为高电平时．其输出信号为低电平，Q晶体管截止，红外发光二极管不导通，光电隔离器中的输出达林顿管截止，继电器控制绕组J处于释放状态。反之继电器的控制绕组J吸合，继电器的触点可完成规定的控制动作，从而实现CMOS门电路对电磁继电器控制电路的隔离和驱动。
选用输出部分为达林顿晶体管的光电隔离器，可以显著提高晶体管的电流放大系数，从而提高光电耦合部分的电流传输比CTR。这样，输入部分的红外发光二极管只需较小的正向导通电流If，就可以输出较大的负载电流，以驱动继电器、电机、灯泡等负载形式。 达林顿晶体管输出形式的光电隔离器，其电流传输比CTR可达5000％，即Ic＝5000×If ，适用于负载较大的应用场合。在采用光电隔离器驱动电磁继电器的控制绕组时，应在控制绕组两侧反向并联二极管D，以抑制吸动时瞬恋反电动势的作用，从而保护继电器产品。 · [图文] 多敏固态控制器光电输入的电路应用原理 · [图文] 线性光藕隔离放大器电路 · [图文] 采用光隔离器的电码实验操作振荡器 · [图文] AD7414/AD7415 数字输出温度传感器 · [图文] 加外部缓冲器的远程测温电路 · [图文] 具有整形作用的光耦隔离电路 · [图文] 带PNP三极管电流放大的光耦隔离电路 · [图文] 普通光耦隔离电路 · [图文] PARCOR方式语音合成电路图 · [图文] ADM方式语音合成电路图 · [图文] 用CMOS逻辑门控制AD590电路图 · [图文] 灵敏度可调节的光电继电路图 · [图文] 光敏吸合式继电路图 · [图文] 光敏晶体管施密特电路图 · [图文] 光敏晶体管及光照吸合式继电器电路图 · [图文] 光敏晶体管光敏电桥电路图 · [图文] 光敏晶体管电感桥电路图 · [图文] 光敏吸合式继电路图 · [图文] 光控玩具汽车向前停车电路图 · [图文] 光控施密特触发电路图 · [图文] 光控升压电路图 · [图文] 光控升压电路图 · [图文] 光控换向电路图 · [图文] 光控发光二极管电路图 · [图文] 光控多功能触发器电路图 · [图文] 光控串联晶闸关开关电路图 · [图文] 光控触发脉冲形成电路图 · [图文] 光控常开式交流接触器电路图 · [图文] 光控常闭式交流接触器电路图 · [图文] 光控插座电路图 · [图文] 光控 闪光管电路图 · [图文] 光控555维电器电路图 · [图文] 光可控电路图 · [图文] 光继电路图
线性光耦隔离电路 线性光耦隔离电路的设计 所设计的线性光耦隔离电路是由两个光电耦合器、两个偏置输入电路和一个差分放大电路组成，框图如图1所示。 因为光电耦合器有其特有的工作线性区，偏置输入是用来调节光电耦合器(1)的输入电流，使其工作在线性区。而光电耦合器(2)和偏置输入(2)通过差分放大电路来耦合光电耦合器(1)的漂移和非线性。差分放大电路还用来得到放大的模拟信号。 光耦隔离放大电路采用TLP521-2光电耦合器、LF356普通一路放大器和LF347普通四路放大器。TLP521-2光电耦合器是集成了图1中光电耦合器(1)和(2)，LF356主要用于信号输入前的信号处理，一方面保证光电耦合器工作在线性区，另一方面，对输入信号作简单的放大。LF347则组成差分放大电路。所以光耦隔离放大电路的结构图如图2所示。 线性光耦隔离电路的接线原理如图3所示。 图中，LF356为放大器(1)，中间两个光电耦合器由TLP521-2构成，后面四个放大器由LF347构成。
线性光耦隔离电路的工作原理 光电耦合器的工作特性 TLP521-2光电耦合器是由两个单独的光电耦合器组成。一般来讲，光电耦合器由一个发光二极管和一个光敏器件构成。发光二极管的发光亮度L与电流成正比，当电流增大到引起结温升高时，发光二极管呈饱和状态，不再在线性工作区。光电二极管的光电流与光照度的关系可用IL∝Eu表述。其中，E为光照度，u=1±0.05，因此，光电流基本上随照度而线性增大。但一般硅光电二极管的光电流是几十微安，对于光敏三极管，由于其放大系数与集电极电流大小有关，小电流时，放大系数小，所以光敏三极管在低照度时灵敏度低，而在照度高时，光电流又呈饱和趋势。达不到线性效果。 因为不同的光电耦合器有不同的工作线性区，所以，在试验过程中，应该首先找到光电耦合器的线性区。光电耦合器TLP521-2的电流线性区大约为1～10mA。 光电耦合器的偏置输入电路可以决定输入它的电流的范围，偏置电路设计的好，可以使得输入电流在很大范围内变化时，光电耦合器依然工作在线性区。 差分放大电路工作原理 本电路中差分放大电路采用多运放、可增益、可调零电路。图3中，两个光电耦合器的输出分别通过放大器(2)和(3)输入到放大器(4)的同相端和反相端，再差分放大到输出。放大器(5)主要是用来调零。其中，光电耦合器(2)的偏置输入电路通过放大电路来补偿光电耦合器(1)的漂移以及非线性部分。一旦补偿奏效，电路的输出就只与光电耦合器(1)的输入有关。 线性光隔离电路在程控电压源中的应用 本电路所用输入电压是由PC机给定，该电压由程序控制，并且可调节。通过D/A转换，变成模拟信号后，送到光耦合隔离放大电路的输入端，由隔离放大电路隔离放大后从放大器(5)输出。同时在输出端找一个反馈点，同样通过隔离放大电路和A/D转换返回PC机，通过反馈调整程序，使输出更精确。 本实验所要求的PC机给定电压为0-5V，输出要求达到0-12V。 光耦合隔离电路在程控电压源中应用的框图如图4所示。 由于试验的目的是为了得到不受输入影响的精确模拟信号，电路首先要凋零，即在零输入状态下保证输出为零。调试步骤如下： 1.调节放大器(1)的反相端，使输入电压为零(即接地)。 2.为保证光电耦合器(1)工作在线性区，调节放大器(1)同相端的输入电压，使输出电压达到一个线性度较好的工作区。 3.调节光电耦合器(2)，使得两个耦合器的输入电流完全相同(因为其电流工作特l生)，从而使得输出电流也近似相同(因为电子 元器件本身的误差，不可能完全相同)。 4.调节放大器(2)和(3)的正相输入电压，使两者相等。这样，在放大器(4)的输出端可以得到一个接近零的输出(也不能完全为零)。 R12为放大倍数调节电阻。 5.调节R17使得放大器(5)输出端电压为零，即PR17为调零电阻。 6.根据所给输入电压Vin调节放大倍数，得到所需电压Vout。 通过试验及调试，得到一组线性度很好的数据。 调试中应注意的问题 1.电路中所有+Vcc均为+12V，-Vcc均为-12V，GND为地，但光电耦合器左右两边用两套电源，以避免信号干扰。 2.对单个放大器而言，在调试时，尽量让输出电压在12V以下。 3.光电耦合器的输入电流应在2～10mA为宜(这是光电耦合器的线性区，电流太大或太小都会偏离线性区)，本实验采用 6.17mA(0V输入时)。且当输入电压Vin从0～5V改变时，光电耦合器(1)的输入电流应尽量在一个较小的范围内变化，这样可以尽可能 保证输入电流在光电耦合器的线性区内变化。 4.电压放大过程实际由两部分组成，第一部分为放大器(1)，第二部分为后四个放大器组成的集成运放块。 结束语 研究结果表明，上述光耦隔离放大电路可用于多种模拟信号的隔离，尤其是隔离数字信号对模拟信号的干扰。它的优点主要体现在体积小、寿命长、价格便宜、输入与输出之间绝缘、单向传输信号，且工作频率可以高达上百千赫，可以用于频率要求较宽的电路设计。 它除了具有通常光电耦合器所特有的性能外，还具有输出线性度好、光漂移影响小等特点，因此可以用来消除测控系统的外部干扰，抑
光耦电路设计 目录 简介： (2) 输入电路（原边） (2) 输出电路（副边） (6) 电流传输比： (7) 延时： (9)
简介： 外部信号可能是电压、电流或开关触点，直接接入电路可能会引起瞬时高压、过压、接触点抖动等。因此在外部信号输入之前，须经过转换、保护、滤波、隔离等措施。对小功率信号处理时: 通常简单采用RC 积分滤波或再添加门电路；而在对大功率信号处理时：输入与内部电路电压或电源电压的压差较大，常常采用光电耦合器来隔离。 使用光耦设计隔离电路时，特别要注意电流传输比的降额，驱动电流关断和开通的大小，与延迟相关的负载大小及开关速率。在进行光耦输入电路设计时，是以光耦为中心的输入电路与输出电路（即原边与副边的电路），光耦的工作原理就是输入端输入信号V in ，光耦原边二极管发光使得光耦副边的光敏三极管导通，三极管导通形成回路产生相应信号（电压或者电流），这样就实现传递信号的目的。在进行光耦输出电路设计时，计算公式与输入部分相同，同时需关注电平匹配、阻抗匹配、驱动功率、负载类型和大小。以下针对光耦输入电路设计为例。 输入电路（原边）： 针对于光耦原边的电路设计，如图1 ， 就是设计发光二级管的驱动电路。因此须 首先要了解光耦的原边电流I F 和二极管的导通压降V F 等相关信息。根据必要的 信息来设计LED 驱动电路，和通常的数字输入电路一样，输入端需要添加限流电阻对二极管起保护作用。而这个电阻的阻值则是此处的关键，对于图1的限流电阻R 的阻值可以根据下面的公式计算： ……………………… ① 波。并且RC 电路的延迟特性也可以达到测试边沿，产生硬件死区、消除抖动等 图1 LED 驱动电路
光电隔离RS485典型电路 一、RS485总线介绍 RS485总线是一种常见的串行总线标准，采用平衡发送与差分接收的方式，因此具有抑制共模干扰的能力。在一些要求通信距离为几十米到上千米的时候，RS485总线是一种应用最为广泛的总线。而且在多节点的工作系统中也有着广泛的应用。 二、RS485总线典型电路介绍 RS485电路总体上可以分为隔离型与非隔离型。隔离型比非隔离型在抗干扰、系统稳定性等方面都有更出色的表现，但有一些场合也可以用非隔离型。 我们就先讲一下非隔离型的典型电路，非隔离型的电路非常简单，只需一个RS485芯片直接与MCU的串行通讯口和一个I/O控制口连接就可以。如图1所示： 图1、典型485通信电路图（非隔离型） 当然，上图并不是完整的485通信电路图，我们还需要在A线上加一个的上拉偏置电阻；在B线上加一个的下拉偏置电阻。中间的R16是匹配电阻，一般是120Ω，当然这个具体要看你传输用的线缆。（匹配电阻：485整个通讯系统中，为了系统的传输稳定性，我们一般会在第一个节点和最后一个节点加匹配电阻。所以我们一般在设计的时候，会在每个节点都设置一个可跳线的120Ω电阻，至于用还是不用，由现场人员来设定。当然，具体怎么区分
第一个节点还是最后一个节点，还得有待现场的专家们来解答呵。）TVS我们一般选用的，这个我们会在后面进一步的讲解。 RS-485标准定义信号阈值的上下限为±200mV。即当A-B>200mV时，总线状态应表示为“1”；当A-B<-200mV时，总线状态应表示为“0”。但当A-B在±200mV之间时，则总线状态为不确定，所以我们会在A、B线上面设上、下拉电阻，以尽量避免这种不确定状态。 三、隔离型RS485总线典型电路介绍 在某些工业控制领域，由于现场情况十分复杂，各个节点之间存在很高的共模电压。虽然RS-485接口采用的是差分传输方式，具有一定的抗共模干扰的能力，但当共模电压超过RS-485接收器的极限接收电压，即大于+12V或小于－7V时，接收器就再也无**常工作了，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。 解决此类问题的方法是通过DC-DC将系统电源和RS-485收发器的电源隔离；通过隔离器件将信号隔离，彻底消除共模电压的影响。实现此方案的途径可分为： （1）传统方式：用光耦、带隔离的DC-DC、RS-485芯片构筑电路； （2）使用二次集成芯片，如ADM2483、ADM2587E等。 传统光电隔离的典型电路：（如图2所示） 图2、光电隔离RS485典型电路
光耦pc817应用电路 pc817是常用的线性光藕，在各种要求比较精密的功能电路中常常被当作耦合器件，具有上下级电路完全隔离的作用，相互不产生影响。 <光耦pc817应用电路图> 当输入端加电信号时，发光器发出光线，照射在受光器上，受光器接受光线后导通，产生光电流从输出端输出，从而实现了“电-光-电”的转换。 普通光电耦合器只能传输数字信号（开关信号），不适合传输模拟信号。线性光电耦合器是一种新型的光电隔离器件，能够传输连续变化的模拟电压或电流信号，这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号，从而使光敏晶体管的导通程度也不同，输出的电压或电流也随之不同。 PC817光电耦合器不但可以起到反馈作用还可以起到隔离作用。
\ \当输入端加电信号时，发光器发出光线，照射在受光器上，受光器接受光线后导通，产生光电流从输出端输出，从而实现了“电-光-电”的转换。 普通光电耦合器只能传输数字信号（开关信号），不适合传输模拟信号。线性光电耦合器是一种新型的光电隔离器件，能够传输连续变化的模拟电压或电流信号，这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号，从而使光敏晶体管的导通程度也不同，输出的电压或电流也随之不同。 PC817光电耦合器不但可以起到反馈作用还可以起到隔离作用。 光耦的测量： 用数字表测二极管的方法分别测试两边的两组引脚,其中仅且仅有一次导通的，红表笔接的为阳极，黑表笔接的为阴极(指针表相反)。且这两脚为低压端，也就是反馈信号引入端。 在正向测试低压端时，再用另一块万用表测试另外高压端两只脚，接通时，红表笔所接为C极，黑表笔接为E极。当断开低压端的表笔时，高压端的所接万用表读数应为无穷大。 同理：只要在反馈端加一定的电压，高压端就应能导通，反之，该器件应为损坏。光耦能否代用，主要看其CTR参数值是否接近。 测量的实质就是：就是分别去测发光二极管和3极管的好坏。 另外一种测量说法： 用两个万用表就可以测了。光电耦合器由发光二极管和受光三极管封装组
光耦隔离运放HCPL-7800 在电机电流采样中的应用 摘要：本文介绍了一种专门适用于电机驱动电流检测的光耦隔离运放HCPL-7800的结构和特点，并重点介绍了此隔离运放的应用。 关键词：隔离运放，电流采样 Abstract: This paper introduces the construction and the characteristics of HCPL-7800.This isolation amplifier was designed for current sensing in electronic motor drives. The key is to introduce the application of this isolation amplifier. Keywords: isolation amplifier, current sensing 1. 概述 HCPL-7800隔离运放是专门为电机驱动电流的检测设计的。电机电流通过一个外部采样 电阻得到模拟电压，进入芯片。在隔离侧的另一边得到一个微分的输出电压。这个微分的输出电压正比与电机电流，通过一个光耦放大器转换成单端信号。由于在现代开关逆变器电机驱动中电压的共模干扰一般都有几百伏每微秒，而HCPL-7800能够抗至少10kv/us的共模干扰。正是基于这一点,HCPL-7800隔离运放为在很嘈杂的环境中，电机电流的检测提供了更高的准确性和稳定性，也为各种各样的电机控制提供了平滑控制的可能。它也能被用于在严重的噪声干扰的环境中需要很高的准确性，稳定性和线性的的模拟信号的隔离。HCPL-7800的增益为+/-3%，HCPL-7800（A）适用于比较精确的场合，因为它的增益为+/-1%，它应用了先进的（Σ-Δ）的模数转换技术， 斩波放大器和全微分电路拓扑。它的具体的原理图如图1所示： 图1 HCPL-7800的结构简图 HCPL-7800（A）隔离运放广泛应用于电机的相电流检测，逆变器的电流检测，开关电源的脉冲信号的隔离，一般的电流检测和监测，一般的模拟信号的隔离等方面。跟LEM比较，它更加适用于电机电流的检测，抗共模抑制比的能力较强，同时具有很高的性价比。 2. 典型应用 图2是HCPL-7800对电机电流采样的应用电路，从图中可以看出HCPL-7800（A）的电源 一般都从功率开关器件的门极驱动电路的电源中获得。旁路电容C1,C2尽可能地靠近HCPL-7800的管腿。旁路电容是必要的因为HCPL-7800内部的高速的数字信号的特点，由于输入电路的开关电容的本质，在输入侧也要加上旁路电容C3，输入的旁路电容也形成了滤波器的一部分，用于防止高频噪声。 对于采样电阻的选择也是本电路中的最重要的部分，电流采样电阻应该具有很低的阻抗（可以达到最小限度的功率损耗），很低的电感值（最小的di/dt变化引起的电压尖峰），。对于此电阻的选择，一般是考虑最小的功率损耗和最大的准确性的折中点。小的采样电阻能够减小功率损耗，而大的采样电阻能够用上HCPL-7800的整 个输入范围从而提高电路的准确性。
常见光耦电路 光电耦合器具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽、抗干扰性能强．无触点且输入与输出在电气上完全隔离等特点，因而在各种电子设备上得到广泛的应用．光电耦合器可用于隔离电路、负载接口及各种家用电器等电路中．下面介绍最常见的应用电路． 1.组成开关电路 图1电路中，当输入信号ui为低电平时，晶体管V1处于截止状态，光电耦合器B1中发光二极管的电流近似为零，输出端Q11、Q12间的电阻很大，相当于开关“断开”；当ui为高电平时，v1导通，B1中发光二极管发光，Q11、Q1 2间的电阻变小，相当于开关“接通”．该电路因Ui为低电平时，开关不通，故为高电平导通状态．同理，图2电路中，因无信号(Ui为低电平)时，开关导通，故为低电平导通状态． 2．组成逻辑电路
图3电路为“与门”逻辑电路。其逻辑表达式为P=A．B.图中两只光敏管串联，只有当输入逻辑电平A=1、B=1时，输出P=1．同理，还可以组成“或门”、“与非门”、“或非门”等逻辑电路． 3．组成隔离耦合电路 电路如图4所示．这是一个典型的交流耦合放大电路．适当选取发光回路限流电阻Rl，使B4的电流传输比为一常数，即可保证该电路的线性放大作用。 4．组成高压稳压电路
电路如图5所示．驱动管需采用耐压较高的晶体管(图中驱动管为3DG27)。当输出电压增大时，V55 的偏压增加，B5中发光二极管的正向电流增大，使光敏管极间电压减小，调整管be结偏压降低而内阻增大，使输出电压降低，而保持输出电压的稳定． 5.组成门厅照明灯自动控制电路 电路如图6所示。A是四组模拟电子开关（S1~S4）：S1，S2，S3并联（可增加驱动功率及抗干扰能力）用于延时电路，当其接通电源后经R4，B6驱动双向可控硅VT，VT直接控制门厅照明灯H；S4与外接光敏电阻Rl等构成环境光线检测电路。当门关闭时，安装在门框上的常闭型干簧管KD受到门上磁铁作用，其触点断开，S1，S2，S3处于数据
High Isolation V oltage (5.3kV RMS ,7.5kV PK ) High BV CEO ( 55Vmin ) TLP521GB, TLP521-2GB, TLP521-4GB, TLP521, TLP521-2, TLP521-4 TLP521XGB, TLP521-2XGB, TLP521-4XGB TLP521X, TLP521-2X, TLP521-4X HIGH DENSITY MOUNTING PHOTOTRANSISTOR OPTICALLY COUPLED ISOLATORS APPROVALS ● UL recognised, File No. E91231 TLP521 2.54 Dimensions in mm 'X'SPECIFICATIONAPPROVALS ● VDE 0884 in 3 available lead form : - - STD - G form 1.2 7.0 6.0 1 2 4 3 - SMD approved to CECC 00802 ● BSI approved - Certificate No. 8001 5.08 4.08 4.0 3.0 7.62 DESCRIPTION 0.5 13° Max The TLP521, TLP521-2, TLP521-4 series of optically coupled isolators consist of infrared light emitting diodes and NPN silicon photo transistors in space efficient dual in line plastic packages. 3.0 TLP521-2 0.5 2.54 3.35 0.26 1 8 2 7 FEATURES ● Options :- 7.0 6.0 3 4 6 5 10mm lead spread - add G after part no. Surface mount - add SM after part no. Tape&reel - add SMT&R after part no. ● High Current Transfer Ratio ( 50% min) ● ● ● All electrical parameters 100% tested ● Custom electrical selections available APPLICATIONS ● Computer terminals 1.2 3.0 TLP521-4 10.16 9.16 0.5 4.0 3.0 3.35 0.5 7.62 0.26 1 2 13° Max 16 15 ● Industrial systems controllers 3 14 ● Measuring instruments ● Signal transmission between systems of different potentials and impedances 2.54 7.0 4 13 5 12 6 11 OPTION SM SURFACE MOUNT OPTION G 7.62 1.2 6.0 7 8 10 9 20.32 19.32 4.0 3.0 7.62 0.6 0.1 1.25 0.75 10.46 9.86 0.26 10.16 0.5 3.35 0.5 0.26 13° Max 7/
光耦的工作原理 耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。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。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。 光耦的优点 光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。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。在单片开关电源中，利用线性光耦合器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。 光耦的种类 光电耦合器分为两种：一种为非线性光耦，另一种为线性光耦。 非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于开关信号的传输，不适合于传输模拟量。常用的4N系列光耦属于非线性光耦。 线性光耦的电流传输特性曲线接近直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。常用的线性光耦是PC817A—C系列。 开关电源中常用的光耦是线性光耦。如果使用非线性光耦，有可能使振荡波形变坏，严重时出现寄生振荡，使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的低频振荡依次为号调制。由此产生的后果是对彩电，彩显，VCD，DCD等等，将在图像画面上产生干扰。同时电源带负载能力下降。在彩电，显示器等开关电源维修中如果光耦损坏，一定要用线性光耦代换。常用的4脚线性光耦有PC817A----C。PC111 TLP521等常用的六脚线性光耦有：LP632 TLP532 PC614 PC714 PS2031等。常用的4N25 4N26 4N35 4N36是不适合用于开关电源中的，因为这4种光耦均属于非线性光耦。 光耦的作用 由于光耦种类繁多，结构独特，优点突出，因而其应用十分广泛，主要应用以下场合：
光耦隔离（驱动）电路 （V1.0） 一、本文件的内容及适用范围 本文详细分析了非线性光耦的结构、重要参数，并以此为依据讲解了光耦的应用设计原则及隔离（驱动）电路的设计步骤与方法，最后对单片集成数字隔离器做了简单介绍。适用于作为艾诺公司开发工程师新项目硬件开发过程、产品设计修改过程、产品问题分析过程、工程师培训的指导性模块与参考文件。 本文中的“光耦”指非线性光耦。本文中的过程与方法不能完全应用于线性光耦。 二、光耦 光电耦合器optical coupler/optocoupler,简称光耦。是设计上输入与输出之间用来电气隔离并消除干扰的器件。因线性光耦特有其特点及设计方法，本文在此仅单独讨论在公司产品上广泛应用非线性光耦。 2.1 光耦在公司仪表上的主要应用 根据光耦的类型在公司仪表上主要有以下几个方面的应用： 1、数字信号隔离：非线性光耦，如6N137对高速数字信号如SPI、UART等接口的隔离。 2、模拟信号隔离传递：线性光耦。隔离&驱动：普通输出型，如TLP521对IO信号的隔离；达林顿输出型主要用于需要大驱动电流的场合，如继电器的驱动和隔离。 2.2 公司主要应用的主要非线性光耦类别、型号及参数特点 主要类别： 1、通用型：TLP521、PC817等。 2、数字逻辑输出型（高速、带输出控制脚）：6N137及其变种HCPL06系列等。 3、达林顿输出型：4N30、4N33等。 4、推挽输出型（MOS、IGBT驱动专用）：TLP250、HCPL316等 艾诺公司截止到2010年12月常用光耦型号统计及分类见表格《艾诺光耦201012.XLS》。 2.4 光耦基础知识 1、光耦结构及原理示意 光耦的主要构成部分：LED（电->光）、光电管（光->电）、电流放大（Hfe）部分。
1. 线形光耦介绍 光隔离是一种很常用的信号隔离形式。常用光耦器件及其外围电路组成。由于光耦电路简单，在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到，如UART协议的20mA电流环。对于模拟信号，光耦因为输入输出的线形较差，并且随温度变化较大，限制了其在模拟信号隔离的应用。 对于高频交流模拟信号，变压器隔离是最常见的选择，但对于支流信号却不适用。一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案，如ADI的AD202，能够提供从直流到几K的频率内提供0.025%的线性度，但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换，对产生的交流信号进行变压器隔离，然后进行频率-电压转换得到隔离效果。集成的隔离放大器内部电路复杂，体积大，成本高，不适合大规模应用。 模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别，只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变，增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。这样，虽然两个光接受电路都是非线性的，但两个光接受电路的非线性特性都是一样的，这样，就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性，从而达到实现线性隔离的目的。 市场上的线性光耦有几中可选择的芯片，如Agilent公司的HCNR200/201，TI子公司TOAS的TIL300，CLARE的LOC111等。这里以HCNR200/201为例介绍2. 芯片介绍与原理说明 HCNR200/201的内部框图如下所示 其中1、2引作为隔离信号的输入，3、4引脚用于反馈，5、6引脚用于输出。 1、2引脚之间的电流记作IF，3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作IPD1和IPD2。输入信号经过电压-电流转化，电压的变化体现在电流IF上，IPD1和IPD2基本与IF成线性关系，线性系数分别记为K1和 K2,即 K1与K2一般很小（HCNR200是0.50%），并且随温度变化较大（HCNR200的变化范围在0.25%到0.75%之间），但芯片的设计使得 K1和K2相等。在后面可以看到，在合理的外围电路设计中，真正影响输出/输入比值的是二者的比值K3,线性光耦正利用这种特性才能达到满意的线性度的。 HCNR200和HCNR201的内部结构完全相同，差别在于一些指标上。相对于
集成光电隔离驱动模块设计及应用 王庆义,罗 慧,刘 杰,万淑芸 (华中科技大学,湖北武汉 430074) 摘要:根据IG B T门极驱动电路的特点,分析了光电隔离驱动模块HCPL316J的工作原理和特性;给出与微处理器接口的电路和试验。结果表明,该电路灵活、可靠。 关键词:绝缘栅双极晶体管;驱动;模块/光电隔离 中图分类号:TN344 文献标识码:A 文章编号:1000-100X(2003)06-0047-03 Design and Application of an Integrated Optocouple Drive Modul WAN G Qing2yi,L UO Hui,L IU Jie,WAN Shu2yun (Huaz hong U niversity of Science and Technology,W uhan430074,China) Abstract:According to the characters of gate drive circuits for IG B T,the operation principle and features of the opto2 couple HCPL316J are analyzed.The interface circuits with microprocessor and experimental results are given.It is shown that the circuits are flexible and credible. K ey w ords:IG B T;drive;modul/optocouple 1 引 言 近年来,绝缘栅双极晶体管(IG B T)因其自身的优点,已成为目前发展最迅速的新一代电力电子器件,广泛用于各种U PS电源、高性能变频器及交流调速系统中。设计IG B T的驱动电路和保护电路是应用的关键。如何保证系统稳定且可靠工作,又使系统的开发周期短,性价比高,是一个需要综合考虑的问题。目前实际产品应用中有各种典型的驱动电路,但都存在一定的不足。光电耦合器驱动模块因其体积小、结构简单、带宽高、应用方便等特点,在基于微处理器的数字控制中有很好的应用前景。 IG B T工作时对驱动电路和供电电源都有的一定要求。理想的驱动电路应满足:①较强的动态电流驱动能力;②适当的正向栅压和足够的反向栅压; ③足够的电信号隔离能力;④短路过流时能实现有效软关断;⑤有故障信号供控制电路或微处理器进行实时处理。对驱动电源也有一定要求。鉴于对电源和驱动的要求,结合实际应用选择了A GIL EN T 公司的光电耦合驱动器件HCPL316J设计电路及与控制器的接口。下面给出具体设计及其应用。 2 器件功能分析 HCPL316J是一种简单的智能型驱动器芯片。用户可根据需要灵活设置高电平输入、高电平输出和低电平输入、高电平输出的输入方式,自动复位或 定稿日期:2003-05-29 作者简介:王庆义(1974-),男,湖北武汉人,硕士研究 生,研究方向为电力电子和伺服控制系统。通过控制复位,故障自动关断,光耦隔离,CMOS/ TTL电平兼容,集成的V CE退饱和电压检测,有回滞的低电压闭锁UVLO),软关断IG B T技术及隔离的故障反馈信号。IG B T栅极最大驱动电流可达2.5A,最大驱动电流I A=150A,V CE=1200V,最大开关速度为500ns,较宽的V CC工作电压范围为15～30V。图1示出正向输入的典型电路 。 图1 典型的正向退饱和保护驱动电路 该芯片为SO16封装的表贴器件,其输入输出部分分别排列在芯片的两边,V in+和V in-是正向及反向输入信号端,经过内部光耦隔离,放大后在V OU T端输出与V in+波形相同的驱动信号。IG B T 正向导通时的栅源电压为V cc2;反向截止时的为V EE。输出端的0.1μF的电容(C3,C4,C5)提供开关变换瞬态时的工作电流;100p F的电容(C blank)反映了当IG B T发生过流故障时,316J从检测到故障到开始工作的反应时间。为了提高故障信号的抗干扰能力,在引脚FAUL T接一个上拉电阻R1和C2。为了防止门极开路或损坏时主回路加上电压而损坏IG B T,在栅射极之间加上一个下拉电阻R4,以吸收大约650μA的静态电流。R2的作用是限制芯片在 74
关键字：开关电源光耦隔离 在一般的隔离电源中，光耦隔离反馈是一种简单、低成本的方式。但对于光耦反馈的各种连接方式及其区别，目前尚未见到比较深入的研究。而且在很多场合下，由于对光耦的工作原理理解不够深入，光耦接法混乱，往往导致电路不能正常工作。本研究将详细分析光耦工作原理，并针对光耦反馈的几种典型接法加以对比研究。 1 常见的几种连接方式及其工作原理 常用于反馈的光耦型号有TLP521、PC817等。这里以TLP521为例，介绍这类光耦的特性。 TLP521的原边相当于一个发光二极管，原边电流If越大，光强越强，副边三极管的电流Ic越大。副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大系数，该系数随温度变化而变化，且受温度影响较大。作反馈用的光耦正是利用“原边电流变化将导致副边电流变化”来实现反馈，因此在环境温度变化剧烈的场合，由于放大系数的温漂比较大，应尽量不通过光耦实现反馈。此外，使用这类光耦必须注意设计外围参数，使其工作在比较宽的线性带内，否则电路对运行参数的敏感度太强，不利于电路的稳定工作。 通常选择TL431结合TLP521进行反馈。这时，TL431的工作原理相当于一个内部基准为2.5 V的电压误差放大器，所以在其1脚与3脚之间，要接补偿网络。 常见的光耦反馈第1种接法，如图1所示。图中，Vo为输出电压，Vd为芯片的供电电压。com信号接芯片的误差放大器输出脚，或者把PWM 芯片（如UC3525）的内部电压误差放大器接成同相放大器形式，com信号则接到其对应的同相端引脚。注意左边的地为输出电压地，右边的地为芯片供电电压地，两者之间用光耦隔离。 图1所示接法的工作原理如下：当输出电压升高时，TL431的1脚（相当于电压误差放大器的反向输入端）电压上升，3脚（相当于电压误差放大器的输出脚）电压下降，光耦TLP521的原边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，电阻R4上的电压降增大，com 引脚电压下降，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压降低时，调节过程类似。 常见的第2种接法，如图2所示。与第1种接法不同的是，该接法中光耦的第4脚直接接到芯片的误差放大器输出端，而芯片内部的电压误差放大器必须接成同相端电位高于反相端电位的形式，利用运放的一种特性——当运放输出电流过大（超过运放电流输出能力）时，运放的输出电压值将下降，输出电流越大，输出电压下降越多。因此，采用这种接法的电路，一定要把PWM 芯片的误差放大器的两个输入引脚接到固定电位上，且必须是同向端电位高于反向端电位，使误差放大器初始输出电压为高。
设计任务描述 1.1设计题目：高速开关光耦隔离电路 1.2 设计要求 1.2.1设计目的： （1）掌握非线性光耦隔离电路的构成、原理与设计方法； （2）熟悉模拟元件的选择、使用方法。 1.2.2基本要求： （1）输入信号为方波，幅度3V，频率500Hz～40kHz； （2）采用高速光耦，信号延迟时间<100us; （3）输出信号上升及下降时间占有方波周期的5%以下； （4）输出信号幅度0～6V，电流驱动力不低于1mA。 1.2.3发挥部分： （1）信号带宽升至10Mb/s； （2）幅度可调； （3）其他。 2 时间进度安排 顺序阶段日期计划完成内容备注 1 讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图打分 2 检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误打分 3 检查逻辑图并指出错误及纠正；讲解接线图绘制及报告书写打分 4 继续修正逻辑图，指导接线图绘制方法，布置答辩打分 5 答辩、写报告打分
一设计任务描述 1.1 设计题目：高速开关光耦隔离电路 1.2 设计要求 1.2.1设计目的： （1）掌握非线性光耦隔离电路的构成、原理与设计方法；（2）熟悉模拟元件的选择、使用方法。 1.2.2基本要求： （1）输入信号为方波，幅度3V，频率500Hz～40kHz；（2）采用高速光耦，信号延迟时间<100us; （3）输出信号上升及下降时间占有方波周期的5%以下；（4）输出信号幅度0～6V，电流驱动力不低于1mA。1.2.3发挥部分： （1）信号带宽升至10Mb/s； （2）幅度可调； （3）其他
二设计思路 输入幅度为3V频率为500Hz的方波信号，首先通过电压跟随器起缓冲、隔离、提高带载能力的作用，然后通过光耦起隔离反相放大的作用，再经过仪用放大器起反相放大的作用，最后经过同相放大器起同相放大的作用并输出幅度为6V频率为500Hz的方波信号。 第一个部分为电压跟随器。电压跟随器在电路中起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。 第二部分为光耦隔离电路。光电耦合器是一种将电信号转换成为光信号并进行传导，然后又将光信号转换为电信号进行输出。它属于一种电—光—电转换元件。这就完成了电—光—电的转换，从而起到将输入、输出隔离的作用。由于光耦的输入、输出互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好抗干扰能力且工作稳定、传输效率高。光耦在电路中起隔离反向放大的作用。