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[导读]光耦是十分重要的组件,在上篇光耦相关文章中,小编对线性光耦、非线性光耦等有所阐述。为增进大家对光耦的认识,本文将对光耦元件予以介绍,主要在于介绍光耦元件的结构以及电气隔离特性。

光耦是十分重要的组件,在上篇光耦相关文章中,小编对线性光耦、非线性光耦等有所阐述。为增进大家对光耦的认识,本文将对光耦元件予以介绍,主要在于介绍光耦元件的结构以及电气隔离特性。如果你对光耦具有兴趣,不妨继续往下阅读哦。

光耦元件

一、结构

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。

输入的电信号驱动光发射源,使之发光,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,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,具有很强的共模抑制能力。所以,它在长线传输资讯中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在电脑数位通信及即时控制中作为信号隔离的界面器件,可以大大增加其工作之可靠性。

光耦合器的光发射源一般会是红外线的发光二极管,将电能转换为特定波长的光,在发射源及接收器之间会有封闭式的光通道(也称为电介质通道),接收器是光感测器,感测特定波长的光,可能直接转换成电能量,也可能由此信号调变外部电源提供的电流。接收器可以是光敏电阻、光电二极管、光晶体管、可控硅整流器(SCR)或TRIAC。发光二极管除了发射光之外,也可以作为光感测元件,因此可以用发光二极管作光感测元件,即为对称性双向光耦合器。光耦合的固态继电器其中由有光电二极管的光耦合器来驱动功率开关,一般是一对互补的MOSFET。开槽光学开关包括光发射源及接收器,但其光通道有开口,若其他物体挡住开口,使光无法通过,则接收器产生的信号也会随之变化。

二、电气隔离

电子零件、电气信号及电源线都会受到闪电、静电放电、电磁干扰、切换脉波及电源扰动所产生的电压所影响。远方闪电可以感应大到10kV的电压,是许多电子元件耐压的一千倍。电路也可以透过设计方式连接高电压,此时就需要安全而可靠的装置连接高电压及低电压的元件。

光电耦合元件的主要功能之一是要阻隔高电压以及电压暂态,不让这些电路中的电压暂态影响电路的其他部分。以往这类的机能会由隔离变压器实现,利用电感耦合让电流隔离的输入及输出端可以传递讯号。电压器及光电耦合元件是仅有二种提供加强保护的功能,同时保护设备以及使用这些设备的人员。这些设备在物理上只有单一的隔离层,但提供的保护相当于IEC电器等级中,具有双重隔离的Ⅱ类电器。光电耦合元件的安全性、测试及承认受到各国以及国际性标准的规范:IEC60747-5-2,欧洲电工标准化委员会60747-5-2、UL1577及CSAComponent Acceptance Notice #5等。制造商发行的光电耦合元件规格至少需符合其中一项法规标准。

光电耦合元件透过由输入信号调变的光束连接输入端及输出端,会将有用的输入信息转换为光,让光通过介电质,送到接收端再转换为电气讯号。变压器的本质可以双向传递能量,而且转换效率很高,而光电耦合元件和变压器不同,光电耦合元件多半只允许单向的信号转换(不过也有例外,参考双向光耦合器),而且不能转换功率。一般光电耦合元件不转换能量,只能提供信号,用信号将输出侧能量调变后再输出。光电耦合元件可以转换直流或是缓慢变化的信号,在输入及输出侧不需要阻抗匹配。变压器及光电耦合元件都可以破坏不希望出现的接地回路,接地回路是在工业上及电气设备中常见的情形,会因为接地线造成大电流或是噪声电流。

光电耦合元件的实体配置和其隔离电压的规格有关。若耐压在数kV以下,一般会用平面(或是三明治)的架构。感测器晶粒会直接安装在其封装(多半是6引脚或是4引脚的双列直插封装)的导线架上。感测器晶粒上方会包覆一层玻璃或是透明塑胶。LED会在上方往下发光,减少光的损失,感测器的吸收频谱需要符合LED的输出频谱,多半都在近红外线的范围。光通道会在可承容击穿电压而不会破坏的条件下,作的越薄越好。例如,若短时间的电压要耐到3.75kV,且要承受电压变化率1kV/μs的电压,AvagoASSR-300的透明聚酰亚胺层只有0.08mm厚。平面组件的击穿电压会和光通道层的厚度、以及连接晶粒和引脚的接合线的组态有关。真正在电路中的绝缘电压会因为印刷电路板及包装表面的爬电距离有关。安全的设计准则会要求和裸金属导体至少要有25mm/kV的距离,和涂层导体的最小距离则是8.3mm/kV。

若是耐压在2.5 to 6kV之间的光电耦合元件,会采用另一种称为硅圆顶(silicone dome)的架构。在此架构中,LED和感测器会放在包装的两侧,LED会向侧面的感测器发光。LED、感测器及两者之间的空隙会用透明的硅氧树脂圆顶包覆住。圆顶的作用类似反射镜,会反射所有的杂散光,反射到感测器上,减少较长光通道造成的损耗。若是双模设计,其硅圆顶(内模)及外壳(外模)之间会充填暗色的介电材质,而且有适当的热膨胀系数。

以上便是此次小编带来的“光耦”相关内容,通过本文,希望大家对光耦元件具备一定的了解。如果你喜欢本文,不妨持续关注我们网站哦,小编将于后期带来更多精彩内容。最后,十分感谢大家的阅读,have a nice day!

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